朱國強

[摘 要]硫磺溝煤礦9-15煤層平均厚為30.9m，且具有強沖擊傾向性，目前掘進工作面在9-15煤層中掘進時已出現(xiàn)沖擊地壓顯現(xiàn)和錨桿索破斷等動力現(xiàn)象，預計9-15煤層工作面開采過程中也將面臨較大沖擊危險。威脅礦井安全生產(chǎn)，大量的卸壓工程施工大大壓縮了掘進施工時間，嚴重制約了掘進速度，影響礦井接續(xù)。

[關鍵詞]沖擊地壓 安全生產(chǎn) 掘進技術

中圖分類號：TK172 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）10-0008-01

引言

防范技術是一種效果最理想的沖擊地壓治理技術，能夠從根本上消除沖擊地壓威脅。常用的沖擊地壓區(qū)域防范技術有合理開采設計、開采保護層等。由于硫磺溝煤礦9-15煤層上方20m有一層平均厚度為6.15m的4-5煤層，因此具備了解放層開采的地質條件。而硫磺溝煤礦對解放層開采的保護范圍、保護效果及分析研究方面掌握很少，特別是缺少深部解放層開采防治沖擊地壓方面的參考資料，使解放層保護區(qū)域煤層開采設計缺少了技術參考依據(jù)。因此，為今后硫磺溝煤礦深部傾斜強沖擊特厚煤層的安全開采能提供和積累寶貴的技術參數(shù)和參考依據(jù)，獲取較準確的保護層開采卸壓基礎數(shù)據(jù)，更合理地設計工作面開采參數(shù)，需研究開采解放層后中對9-15煤層的解放效果和范圍進行綜合分析，保障深部工作面的安全生產(chǎn)，保證硫磺溝煤礦采掘接續(xù)正常。

在防沖工程大大壓縮有效掘進時間的情況下，如何提高單進水平和防沖工程施工速度研究具有重要意義和研究價值。

一.沖擊地壓防范技術

（一）工作面順槽布置參數(shù)研究

與其它研究手段對比，數(shù)值模擬具有一定的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在：（1）模擬過程可逆，有助于參數(shù)敏感性分析和多方案比較；（2）具有多種驅動模式，有助于建模和程序調試；（3）后處理功能強大，有助于結果提取和關聯(lián)性分析。隨著計算機技術的快速發(fā)展，數(shù)值模擬逐漸成為采礦與巖土工程研究的重要工具。由于硫磺溝煤礦地質條件較特殊（近距離厚煤層群），類似條件下可供參考的巷道布置資料較少。因此采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對（9-15）06工作面合理巷道位置選擇研究。

1.數(shù)值計算模型

根據(jù)硫磺溝煤礦地質和開采條件，以27-2鉆孔揭露巖層結構為基礎，沿煤層傾向方向建立模型，煤巖層平均傾角21°。模型尺寸長×寬×高=571×500×415m，節(jié)點有161387，單元格有152550。模型四側和底部為位移邊界，模型頂部至地表間90m巖層重量通過施加2.25MPa均布載荷代替。模型計算采用Mohr-Coulomb準則，巖層的物理力學參數(shù)取自礦井地質報告及鉆孔資料（圖1）。

2.數(shù)值模擬計算結果分析

選擇（4-5）04工作面采空區(qū)對（9-15）06工作面上平巷解放角為54°，下平巷解放角為80°。由此可計算出（9-15）06工作面上平巷偏移距為：L1=η（h1+h2） / tanα =1.1×（20+12）/1.38≈26m，式中，L1為上平巷偏移距，m；η為安全系數(shù)，取1.1；h1為巖柱厚度，取20m；h2為（9-15）06工作面開采煤層厚度，取9m；α為上平巷解放角，54°。同理，（9-15）06工作面下平巷偏移距為：L2=η（h1+h2） / tanβ =1.1×（20+12）/5.67≈6m，式中，L2為下平巷偏移距，m；β為下平巷解放角，80°（圖2）。

根據(jù)數(shù)值模擬結果，（4-5）02工作面采空區(qū)對9-15煤層上、下端頭的解放角為分別54°和80°，上平巷內錯偏移距為26m，下平巷內錯偏移距為6m。

二.高效掘進技術

根據(jù)北京科技大學編制的工作面沖擊危險評估報告，在采空區(qū)以下巷道沖擊危險性較小，但實際掘進中仍有動力現(xiàn)象。根據(jù)報告要求，需對迎頭、兩幫實施大孔徑鉆孔卸壓，底煤進行斷底爆破。

前期掘進為掘進4個小班，卸壓兩個小班，日均掘進時間為16小時。卸壓時間較長，卸壓量較大，在既能保證安全又能保證掘進進尺的前提下優(yōu)化了鉆孔施工參數(shù)，在迎頭布置1個大孔徑卸壓鉆孔，長度25m，允許掘進15m，預留10m的保護帶，主要為有效監(jiān)測迎頭前方應力集中情況，依次循環(huán)進尺，斷底卸壓鉆孔按要求實施。

通過現(xiàn)場實施，現(xiàn)有的履帶式氣動卸壓鉆機施工大孔徑卸壓鉆孔時，第20～25m用時達到了整個鉆孔用時的2/5。經(jīng)過多次討論研究優(yōu)化鉆孔施工工藝，每天掘進進尺約9～10m，優(yōu)化后鉆孔長度20m，由每25m一個卸壓循環(huán)優(yōu)化為每天一個卸壓循環(huán)，每天早班檢修時間施工卸壓鉆孔，同時利用該段時間實施斷底爆破卸壓，半個班可以完成卸壓鉆孔施工任務，日均掘進時間達到了20小時。

三.實際應用效果及推廣情況

（9-15）06軌道順槽巷道長度為1100m，2月底開工掘進，6月中旬到位。通過建立數(shù)值模擬、計算，科學的布置（9-15）06工作面順槽，巷道均布置在采空區(qū)下方，充分釋放了9-15煤層積聚的彈性能，掘進期間動力現(xiàn)象顯現(xiàn)不明顯，平均月度單進均超過300m，最高月度單進達到了349.8m，創(chuàng)造了我礦千米掘進速度和最高月單進記錄。

四.經(jīng)濟效益

硫磺溝煤礦（4-5）04工作面掘進期間最高月度單進水平為240m，（9-15）06軌道順槽月均進尺為310m，施工周期較礦歷史水平縮短1個月。綜掘隊施工按60人，人均工資1萬元（含社保）/月計算，直接節(jié)約人工費60萬元。同時，優(yōu)化了卸壓參數(shù)施工，節(jié)約鉆孔施工費用及人工費用約50萬元。累計節(jié)約110萬元。

五.結論

此技術改革為我礦9-15煤層安全高效掘進積累了寶貴的經(jīng)驗和技術積累，通過科學的手段合理布置工作面順槽，降低煤體內積聚的彈性能，大大的保證了掘進期間的安全，月度進尺及千米掘進速度均打破了硫磺溝煤礦的掘進記錄。通過提前分析及現(xiàn)場落實，在9-15煤層開采中得到了有效應用，也為硫磺溝煤礦9-15煤層開采提供了有力支持。

參考文獻

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