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沖擊地壓礦井堅(jiān)硬煤層采煤工作面防治措施研究

2017-09-13 00:15:29王光民張振濤
山東工業(yè)技術(shù) 2017年17期
關(guān)鍵詞:采煤工作面沖擊地壓防治措施

王光民+張振濤

摘 要:礦井的開采深度和開采范圍在不斷增加,這導(dǎo)致沖擊低壓現(xiàn)象發(fā)生的頻率不斷上升,沖擊低壓產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜,既與煤礦當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件有關(guān),也與煤質(zhì)條件和開采深度等多種因素有關(guān),深入研究沖擊低壓發(fā)生的條件和防治措施能夠有效減少沖擊低壓的發(fā)生頻率,減少人員和財(cái)產(chǎn)損失。3503工作面是肥城礦業(yè)梁寶寺能源有限責(zé)任公司的一個重要采煤工作面,受其地質(zhì)結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)較硬等因素影響,3503工作面是易發(fā)生沖擊地壓的高危工作面,而采用常規(guī)卸壓措施很難達(dá)到卸壓效果,本文針對這種沖擊低壓礦井的堅(jiān)硬煤層采煤面防治展開研究。

關(guān)鍵詞:沖擊地壓;堅(jiān)硬煤層;采煤工作面;防治措施

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.062

我國近年來之所以沖擊地壓災(zāi)害頻繁發(fā)生,一個重要原因就是隨著開采深度的不斷加深和開采面積的不斷加大,礦山內(nèi)部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和應(yīng)力特性都發(fā)生了很大改變,導(dǎo)致地質(zhì)條件發(fā)生很大變化,進(jìn)而引發(fā)了沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生。

1 沖擊地壓簡介及形成原因

沖擊地壓是指礦井在開采過程中突然發(fā)生的一種強(qiáng)烈地質(zhì)變化,礦井巷道周圍的煤層受到礦山壓力的作用突然發(fā)生劇烈形變,大量的能量沖擊而出,導(dǎo)致這種形變非常劇烈和迅速。沖擊地壓最直接的表現(xiàn)就是大量煤和巖石噴涌而出,迅速充滿巷道等空間,噴發(fā)現(xiàn)場如同炸藥爆破一般劇烈。沖擊地壓形成的原因非常復(fù)雜,目前還未能形成統(tǒng)一的研究結(jié)論,但是沖擊地壓產(chǎn)生的主要原因是煤體特性,即礦井內(nèi)煤質(zhì)和巖石的特性及礦井內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)特性。

2 3503工作面沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)簡析

3503工作面位于梁寶寺煤礦,工作面標(biāo)高為-1000米左右,煤層平均厚度達(dá)到5.6米,煤質(zhì)硬度為f=1.8,3503工作面屬于厚煤層堅(jiān)硬煤質(zhì)工作面。因?yàn)?503工作面的開采深度較深,超過了1000米,集中在1030米至1130米之間,煤巖層的沖擊傾向很強(qiáng),工作面頂板為細(xì)沙巖,巖層機(jī)構(gòu)特點(diǎn)危險(xiǎn)性很強(qiáng),開采過程中的技術(shù)操作和危險(xiǎn)防護(hù)都不是很到位,這些因素都使得3503工作面成為了強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)性的工作面。為了更好地判斷3503工作面危險(xiǎn)性,礦井方面根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià),發(fā)現(xiàn)3503工作面共有高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域八個、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域十二個、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域兩個。通過研究發(fā)現(xiàn),3503整體上發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性很高,而且3503工作面的煤質(zhì)很硬,采用常規(guī)防治措施并沒有起到預(yù)想的效果,這也給3503工作面的沖擊地壓災(zāi)害防治帶來了更多的挑戰(zhàn),深入研究相應(yīng)防治措施是非常有必要的。

3 3503工作面沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)防治措施

3.1 工作面掘進(jìn)期間防治措施

掘進(jìn)期間應(yīng)該根據(jù)工作區(qū)域的沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)等級采取有效措施進(jìn)行防治,并且要利用檢測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時檢測,盡量降低發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)。

(1)加大卸壓鉆孔直徑。卸壓鉆孔主要是用于減少巖煤體應(yīng)力集中區(qū)域的壓力,通常情況下會選取這些區(qū)域打孔,減少應(yīng)力集中現(xiàn)象,同時使應(yīng)力向煤體深處轉(zhuǎn)移,從而保護(hù)兩順槽。正常情況下卸壓孔采用直徑110mm的鉆孔,而3503工作面的煤質(zhì)較硬,卸壓孔施工后塌孔效果較差,沒能起到很好的卸壓效果,鑒于此,將卸壓孔直徑增大到了150mm,鉆孔密度也隨之增大。采取措施后,卸壓效果有所好轉(zhuǎn),現(xiàn)場微震事件較以前有了較明顯的較少,工人反應(yīng)的現(xiàn)場煤炮明顯減少。

(2)設(shè)計(jì)的采煤面回采幫施工幫部卸壓炮。卸壓鉆孔屬于常規(guī)沖擊地壓預(yù)防手段,因煤體較硬,雖然通過增加卸壓孔直徑及密度起到了一定的效果,但是通過現(xiàn)場觀察施工的卸壓孔卸壓空間依然沒有完全釋放。我們采用回采幫部施工卸壓孔后隨之施工幫部卸壓炮的措施,通過放炮使堅(jiān)硬的煤體提前預(yù)裂,降低卸壓孔周圍圍巖的強(qiáng)度,這樣現(xiàn)場出現(xiàn)應(yīng)力集中時卸壓孔及時塌孔卸壓。裝藥要求,孔深10米,孔徑42mm,裝藥3kg。

(3)底煤區(qū)域在底板上布置卸壓孔及卸壓炮眼。留底煤大于一米的巷道我們可以采用底板卸壓孔加底板卸壓炮相結(jié)合的方式進(jìn)行卸壓處理。首先施工底板卸壓孔(兼做爆破自由眼),孔深見巖,孔徑150mm,每排3個,排距1m,隨后施工卸壓炮眼,孔深見巖,孔徑42mm,每排4個,排距1m,與卸壓孔穿插施工,隨后放炮,注水軟化煤層。

3.2 工作面回采期間防治措施

工作面在回采作業(yè)時,同樣非常容易發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害。為了減少沖擊地壓災(zāi)害,應(yīng)該根據(jù)事先劃分風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域等級采用不同的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控措施,對于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域要加大監(jiān)控力度,并采取及時有效的措施降低沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)。

(1)在煤體上打大直徑壓孔。大直徑卸壓孔的直徑150mm,這與掘進(jìn)期間的卸壓孔用處基本相同,主要是為了減少卸壓孔周圍區(qū)域的集中應(yīng)力,起到卸壓的目的,同時使巷道周圍應(yīng)力向煤體深處轉(zhuǎn)移。而在回采作業(yè)中,卸壓孔需要提前實(shí)施,避免沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的積聚,并根據(jù)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)及時調(diào)整卸壓力度,直至煤巖體的應(yīng)力集中區(qū)域消失,沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)得到降低。而為了保證回采作業(yè)的充分安全,卸壓孔至少要位于工作面前300米以外。

(2)深孔爆破卸壓。深孔爆破卸壓主要在頂板區(qū)域進(jìn)行,通過爆破的能力促使頂板內(nèi)形成定向裂紋,破壞煤巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)減少集中應(yīng)力和沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)。3503工作面頂板處容易積聚彈性能,也是沖擊地壓發(fā)生的高位區(qū)域,要及時進(jìn)行爆破處理。

(3)加強(qiáng)監(jiān)測并選擇合適支護(hù)手段。在回采工作進(jìn)行過程中,要隨時對沖擊地壓進(jìn)行檢測,特別是檢測煤巖體內(nèi)部是否有應(yīng)力聚集,并采用合適手段對回采作業(yè)面進(jìn)行卸壓處理,在卸壓過程中要嚴(yán)格遵守操作規(guī)范,避免因?yàn)樾秹憾鴮?dǎo)致的沖擊地壓,并加強(qiáng)支護(hù)和防護(hù)。

4 結(jié)論

沖擊地壓是我國煤礦中近年來經(jīng)常發(fā)生的一種災(zāi)害,其發(fā)生過程非常突然,沖擊瞬間能量巨大,造成的后果非常嚴(yán)重。3503工作面作為沖擊地壓高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)面,發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險(xiǎn)很大,應(yīng)該加強(qiáng)掘進(jìn)和回采作業(yè)中的監(jiān)控和防治,及時有效降低沖擊地壓發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn):

[1]潘俊鋒,毛德兵,藍(lán)航等.我國煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2013,41(06):21-25,41.

[2]王存文,姜福興,劉金海.構(gòu)造對沖擊地壓的控制作用及案例分析[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(S1):263-268.endprint

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