煤巷掘進(jìn)工作面卸壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

李志強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司，山西　長(zhǎng)治　047500）

煤巷掘進(jìn)工作面卸壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

李志強(qiáng)

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)三元微子鎮(zhèn)煤業(yè)有限公司，山西長(zhǎng)治047500）

摘要北徐樓煤礦3下煤層賦存條件復(fù)雜，埋深大，具有強(qiáng)沖擊傾向，在巷道施工過(guò)程中多次出現(xiàn)沖擊。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采用大直徑鉆孔卸壓試驗(yàn)，分析了沖擊顯現(xiàn)形式，并對(duì)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行分類，針對(duì)不同的區(qū)域采用不同直徑鉆孔卸壓，確定了卸壓鉆孔布置的合理位置，取得了顯著效果。

關(guān)鍵詞掘進(jìn)工作面；卸壓試驗(yàn)；沖擊危險(xiǎn)區(qū)域；大直徑鉆孔

沖擊地壓是煤礦開采中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，它以突然、急劇、猛烈的形式釋放煤巖體變形能，拋出煤巖體，造成支架損壞、片幫冒頂、巷道堵塞、人員傷害，并產(chǎn)生巨大的響聲和巖體震動(dòng)。巖體震動(dòng)時(shí)間從幾秒到幾十秒，拋出的煤巖體從幾噸到幾百噸［1－3］。

在認(rèn)識(shí)沖擊地壓發(fā)生機(jī)理及科學(xué)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，對(duì)沖擊地壓進(jìn)行有效預(yù)防。沖擊地壓預(yù)防技術(shù)可歸納為區(qū)域性預(yù)防和局部性預(yù)防兩方面，煤巷工作面卸壓屬于典型的沖擊地壓局部性防治手段，目前，對(duì)于沖擊地壓的防治研究工作，還沒有達(dá)到準(zhǔn)確及時(shí)的程度。本文通過(guò)北徐樓煤礦煤巷掘進(jìn)工作面卸壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究巷道掘進(jìn)過(guò)程中沖擊地壓防治卸壓孔的布置方式、間距、孔徑等參數(shù)［4－5］。

1　煤層地質(zhì)、開采條件

1．13下煤層賦存范圍

北徐樓井田3下煤層賦存范圍位于奎子斷層以西，由北起北徐樓井田邊界1＃、2＃、3＃拐點(diǎn)的連線及西至北徐樓井田邊界1＃、10＃拐點(diǎn)的連線所圈定的三角形范圍。面積為2．77 km2，開采標(biāo)高：－570～－1 040 m。北徐樓井田3下煤層賦存范圍與井田范圍關(guān)系見圖1。

1．23下煤層情況

圖1　3下煤層賦存范圍與井田范圍關(guān)系示意圖

山西組3下煤層，煤層厚度6～11．0 m，平均厚度8．4 m，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定煤層。3下煤層為黑色、弱玻璃光澤、性脆、階梯狀斷口、具有明顯的層理狀、條帶狀結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造。煤巖類型為半亮型，視密度為1．37 t／m3，煤層連續(xù)性較好，為低灰分、低、中硫煤，是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤。煤層傾向30°，傾角4．5°～21°，平均12°。平均抗壓強(qiáng)度19．0 MPa，硬度f(wàn)＝2．0，自然含水率1．5%，具有強(qiáng)沖擊傾向。

1．33下煤層頂、底板巖性

工作面由西到東，煤層直接頂依次為泥巖、細(xì)粒砂巖、礫巖，老頂依次為細(xì)粒砂巖，礫巖、裂隙發(fā)育，直接底板為泥巖，頂、底板巖層均為弱沖擊傾向。其頂?shù)装迩闆r見表1。

表1　3下煤層頂、底板情況

1．43下煤層及頂?shù)装鍥_擊傾向性鑒定

1）3下煤層沖擊傾向鑒定情況。

根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖層控制實(shí)驗(yàn)室對(duì)3下煤層沖擊傾向性的鑒定，煤層動(dòng)態(tài)平均破壞時(shí)間DT為63．57 ms，屬于弱沖擊傾向，彈性能量指數(shù)WET為15．1，屬?gòu)?qiáng)沖擊傾向，沖擊能量指數(shù)KE為10．55，屬于強(qiáng)沖擊傾向。

2）3下煤層頂、底板沖擊傾向情況。

根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖層控制實(shí)驗(yàn)室對(duì)3下煤層頂、底板巖層的沖擊傾向性的鑒定，3下煤層頂、底板均為2類弱沖擊傾向性頂板。

2　煤巷掘進(jìn)面礦壓顯現(xiàn)情況

北徐樓煤礦在掘進(jìn)煤巷過(guò)程中煤炮發(fā)生頻繁，多次出現(xiàn)片幫、冒頂、煤體突出及卡鉆、吸鉆等動(dòng)力現(xiàn)象，礦壓顯現(xiàn)較明顯。

1）2008年8月，－820區(qū)段軌道巷掘進(jìn)至F1斷層25 m時(shí)（沿煤層頂板掘進(jìn)），發(fā)生底板煤層突出事故，拋出煤量2 t左右。

2）2009年3月12日，3下01運(yùn)輸順槽工作面放炮后，0．5 h內(nèi)煤炮多達(dá)14次，并伴有片幫、冒頂現(xiàn)象。

3）2009年3月13日，3下01運(yùn)輸順槽工作面施工卸壓鉆孔過(guò)程中，煤粉量超規(guī)定且多為煤塊，并伴有卡鉆、吸鉆等動(dòng)力現(xiàn)象。

3　3下煤層掘進(jìn)工作面卸壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3．1沖擊危險(xiǎn)區(qū)域分類

1）當(dāng)卸壓孔深度大于3 m，出現(xiàn)吸鉆或小沖擊現(xiàn)象，為一般沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。

2）當(dāng)卸壓孔深度不大于3 m，出現(xiàn)吸鉆或小沖擊現(xiàn)象，為嚴(yán)重沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。

3．2一般沖擊危險(xiǎn)區(qū)域卸壓試驗(yàn)

1）掘進(jìn)面迎頭卸壓。

在掘進(jìn)工作面打卸壓鉆孔，每次施工3個(gè)孔，斷面中心距巷道底板1．0 m，孔距1．0 m。工作面卸壓鉆孔必須保證超前卸壓深度10 m，鉆孔直徑76 mm，深度13 m，每3個(gè)工作循環(huán)施工1次。卸壓鉆孔的方向要平行于層面，垂直于煤壁（特殊構(gòu)造地段平行于煤層傾斜方向）。工作面卸壓鉆孔布置見圖2。

圖2　掘進(jìn)面迎頭卸壓鉆孔布置平面圖

2）巷道兩幫卸壓措施。

a）巷道兩幫每隔5 m各打1個(gè)直徑76 mm的卸壓鉆孔，孔深12 m，布置在距巷道底板1．0 m處，兩幫卸壓孔距工作面最大距離不得超過(guò)7 m。巷道兩幫壓鉆孔布置剖面圖見圖3。

圖3　巷道兩幫卸壓鉆孔布置剖面圖

b）巷道兩幫所有卸壓鉆孔的方向都要平行于層面，垂直于煤壁（特殊構(gòu)造地段平行于煤層傾向）。

3．3嚴(yán)重沖擊危險(xiǎn)區(qū)域卸壓試驗(yàn)

1）掘進(jìn)面迎頭卸壓。

a）在掘進(jìn)工作面，每次施工3個(gè)卸壓鉆孔，鉆孔布置在距巷道底板1．0 m處，孔距1．0 m，鉆孔直徑為110 mm。卸壓鉆孔必須保證超前深度10 m，每次鉆進(jìn)深度13 m。

b）工作面打卸壓鉆孔時(shí)，如出現(xiàn)頂鉆現(xiàn)象，嚴(yán)禁使用手持式鉆機(jī)的反轉(zhuǎn)功能，并及時(shí)更換為架柱式鉆機(jī)，且打卸壓眼人數(shù)不得超過(guò)4人（移鉆時(shí)除外），如果卸壓鉆孔無(wú)法打進(jìn)時(shí)，則實(shí)施誘發(fā)爆破卸壓，待壓力穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。

2）巷道兩幫卸壓。

a）巷道兩幫采用大直徑深孔卸壓方法。鉆孔布置在距底板1 m處，鉆孔直徑110 mm，鉆孔深度15 m，相鄰兩鉆孔間距為5 m。

b）如果卸壓鉆孔無(wú)法打進(jìn)時(shí)，則實(shí)施爆破卸壓，眼深15 m，鉆孔直徑44 mm，每孔炸藥使用2個(gè)雷管，分別裝在炸藥兩端，裝藥量為鉆孔深度的一半，特殊情況下酌減，但不得小于4 kg。

c）工作面每掘進(jìn)15～20 m（即上次檢測(cè)孔距工作面距離達(dá)到30～40 m）或距上次施工檢測(cè)孔的時(shí)間達(dá)到一周，必須在巷幫距工作面15～20 m處施工一對(duì)檢測(cè)孔，距工作面50m處施工一對(duì)檢測(cè)孔，檢測(cè)孔位于兩卸壓鉆孔中間。如果煤粉量超標(biāo)，必須在檢測(cè)孔附近打大直徑鉆孔進(jìn)行二次卸壓。

4　結(jié)　論

北徐樓煤礦3下煤層煤巷掘進(jìn)施工過(guò)程中礦山壓力顯現(xiàn)明顯，煤層具備發(fā)生沖擊地壓的條件。采用打卸壓鉆孔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了分類，針對(duì)不同的危險(xiǎn)區(qū)域確定了大直徑卸壓鉆孔的布置方式，自實(shí)施此卸壓措施以來(lái)，掘進(jìn)工作面有效地消除了沖擊危險(xiǎn)性，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

［1］譚云亮．礦山壓力與巖層控制［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2008：10－15．

［2］潘一山，李忠華．我國(guó)沖擊地壓分布、類型、機(jī)理及防治研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22（11）：1844－1851．

［3］趙毅鑫，姜耀東，祝捷．煤巖組合體變形破壞前兆信息的試驗(yàn)研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（2）：339－346．

［4］孫學(xué)會(huì)．復(fù)雜開采條件下沖擊地壓及其防治技術(shù)［M］．北京：冶金工業(yè)出版社，2009：27－29．

［5］齊慶新，竇林名．沖擊地壓理論與技術(shù)［M］．北京：中國(guó)礦大出版社，2008：13－19．

中圖分類號(hào)：TD22

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672－0652（2014）01－0042－03

收稿日期：2013－11－21

作者簡(jiǎn)介：李志強(qiáng)（1972—），男，山西平遙人，1997年畢業(yè)于河北建筑科技學(xué)院，工程碩士，工程師，主要從事采礦生產(chǎn)和管理工作（E－mail）sdfylzg＠163．com

Research on Depressurization Test of Driving Face in Coal Roadway

Li Zhi－qiang

AbstractComplex geological condition，large buried depth and strong impact tendency of 3lowercoal seam in Beixulou coal mine has appeared many times rockburst in the tunnel construction process．Through depressurization test of using large diameter borehole，the rockburst form is analyzed，the impact zone is divided．Aiming at different area used different diameter borehole to depressurize，determined the reasonable position of depressurization hole，achieved obvious effects．

Key wordsDriving face；Depressurization test；Impact zone；Large diameter borehole