煤礦沖擊地壓解危措施

李洪賓

（山西汾西礦業(yè)集團曙光煤礦，山西 孝義 032308）

1 位置及周邊關(guān)系

1309綜采工作面井下位置為東翼采區(qū)北翼1307工作面東部，南至軌道下山，北至f13斷層保護煤柱，西為1307回采工作面，現(xiàn)已正在回采，與1307下順槽間距4m。該工作面南頭位于劉官屯以西498m，北頭位于新莊村舊址以北146m，地面大部為農(nóng)田、排水溝和楊樹林。1309綜采工作面走向長度約2 100m，傾斜長200m，煤層平均厚度2.7m。

2 沖擊地壓解危措施

對于1309工作面，主要采取鉆孔卸壓的方式進行解危。卸壓鉆孔的主要參數(shù)為：孔深15m，鉆孔直徑大于110mm，一般危險區(qū)內(nèi)孔間距5m，中度危險區(qū)內(nèi)孔間距3m，單孔布置。

鉆孔卸壓采用煤體鉆孔可以釋放煤體中積聚的彈性變性能，解除沖擊地壓發(fā)生的能量條件，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性，這種方法操作簡便、成本較低，而且能夠取得一定的控制效果。在支承壓力區(qū)域內(nèi)，采用大直徑的鉆孔進行卸壓，以此破壞巷道圍巖結(jié)構(gòu)，釋放彈性變形能，使巷道處于低應(yīng)力狀態(tài)［1］。

在高地應(yīng)帶鉆孔時，由于積聚的彈性變形能更大，所以鉆孔時產(chǎn)生的沖擊就會越多，強度也會越大。煤層支承壓力峰值、鉆孔的破裂和卸壓示意圖如圖1所示。

圖1 鉆孔的卸壓示意圖

卸壓鉆孔的布置方式如下頁圖2所示。實踐證明：鉆孔卸壓可很好地完成沖擊地壓的解危工作。優(yōu)點是能把鉆孔深入到高應(yīng)力帶，卸壓的效果很好，靈活而且可靠，壓力越大，卸壓效果越好，而且這種方法也可應(yīng)用于惡劣的煤層條件。但它也存在一定的缺陷，如鉆孔耗時耗力，增加生產(chǎn)成本，有時也會影響礦井的正常生產(chǎn)等。

3 其他解危措施

3.1 煤層注水卸壓

大量的研究表明：煤系地層巖層的單向抗壓強度隨著含水率的增加而降低，同樣，煤的強度和它的沖擊傾向性指數(shù)也隨煤的濕度增加而降低［2］，注水的目的就在于改變煤（巖）體的力學(xué)性質(zhì)，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性。注水可分為：短鉆孔注水法、長鉆孔注水法和聯(lián)合注水法。應(yīng)根據(jù)具體的煤層條件進行選擇。

圖2 卸壓鉆孔布置方式

試驗研究表明，水對煤（巖）體的強度特性、變形特性和沖擊傾向性都有重要的影響。樣品注水前后的應(yīng)力變化曲線如圖3所示。

圖3 某煤樣注水前后應(yīng)力應(yīng)變曲線

3.1.1 煤層注水的工藝參數(shù)

1）注水孔布置參數(shù)。注水地點選在掘進完成的運輸、回風(fēng)順槽內(nèi)。注水孔根據(jù)具體條件可以沿走向布置，也可以沿傾斜方向布置?？卓趹?yīng)布置在容易封口的部位，以利于封孔和防止漏水。注水孔直徑一般為45～90mm，長度為20～100m。

2）注水量。應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層的性質(zhì)通過試驗確定注水量，以煤層沖擊傾向消失作為確定合理的含水率增值或總含水率的原則。試驗確定合理的含水率增值后，根據(jù)鉆孔承擔(dān)的濕潤煤量計算注水量。一般按下式計算：

式中：Q為每個注水孔的注水量，t；T為一個注水孔所承擔(dān)的濕潤煤量，t；W為合理的含水率增值，%；K為富裕系數(shù)，一般大于1.5。T可由下式計算：

式中：L為待注水煤體沿鉆孔方向的長度，m；S為注水孔間距，m；M為煤層的平均煤厚，m；γ為煤的密度，t／m3。

3）注水壓力和流量。注水壓力和流量應(yīng)按實際條件試驗確定。試驗時，可逐級增加注水壓力，測定實際的注水流量，作出壓力—流量曲線，如圖4所示，然后根據(jù)實際注水壓力—流量曲線，確定合理的工況點。

圖4 注水壓力與注水流量關(guān)系曲線

4）注水時間。煤層的純注水時間可以根據(jù)所需的注水量和實際的注水流量進行計算：

式中：Q為鉆孔需要的注水量，t；t為純注水時間，h；q為注水泵工況流量，t／h。

5）注水工藝。煤層注水工藝包括鉆孔、封孔和注水3個工序。鉆孔一般用輕型液壓鉆機，常用液壓鉆機的技術(shù)特征見表1。注水泵常用3DS—1.8／200型等煤層注水泵，常用注水泵的技術(shù)持征見下頁表2，具體應(yīng)根據(jù)煤層、開采條件選定。

表1 常用液壓鉆機的主要技術(shù)特征

3.1.2 煤層注水適用條件

煤層要有一定的空隙率與親水性，對于空隙少的煤層可以采用爆破的方法提高空隙率；煤層具有很好的賦存條件，完成鉆孔的施工后，鉆孔壁能保持穩(wěn)定；有較好的頂、底板條件及無斷層等較大的地質(zhì)構(gòu)造。

表2 常用水泵的主要技術(shù)特征

3.1.3 1309工作面煤層注水參數(shù)

注水方法：深孔注水方式；鉆孔位置：1309工作面上、下順槽，平行于工作面布置；鉆孔間距：10～12m；鉆孔深度：80～100m；鉆孔直徑：65mm；鉆孔角度：孔高距底板1m，考慮到巷道的起伏，掌握孔高為煤層的一半，平行頂板鉆孔，鉆孔的角度與煤層傾角一致，鉆孔的方位角垂直于煤壁。

3.2 爆破卸壓

振動爆破是一種特殊的爆破，它與爆破落煤有所不同。振動爆破的主要任務(wù)是炸藥爆炸后，形成強烈的沖擊波，使得巖體振動［3］。振動爆破就是要使振動的范圍盡量的大，最好涉及整個的工作面長度。以此來破壞沖擊地壓形成的能量條件。在工作面前方形成卸壓帶，如圖5所示。大量礦井實踐表明［4－5］，工作面前方和巷道兩幫如果始終有一個寬度5～10m的保護帶，沖擊地壓就能得到有效防治。

圖5 卸壓爆破示意圖

根據(jù)1309工作面煤層的具體情況，使用爆破卸壓方法前必須先用鉆孔卸壓對沖擊地壓的危險程度進行初步估計，達不到卸壓效果時再采用爆破卸壓的方法進行解危。爆破結(jié)束后，利用鉆屑法對解危的效果進行檢查，如果一次爆破仍不能達到解危的目的，則進行第二次、第三次，直到達到理想的解危效果。

爆破孔布置方式應(yīng)根據(jù)具體條件確定。爆破孔的孔深取決于卸壓深度，一般要求等于或大于整個應(yīng)力集中區(qū)的寬度。通常用煤電鉆打眼，孔徑50～55mm，孔間距4～10m，每孔裝藥量按不超過孔深一半計算，—般為1.5～3.5kg，鉆孔不裝藥部分必須填滿水炮泥或粘土炮泥，躲炮距離150m，躲炮時間30～40min以上。為不影響生產(chǎn)，可在準(zhǔn)備班放炮，一次起爆4～6個孔。

4 結(jié)語

對于1309工作面，主要采取鉆孔卸壓、煤層注水和爆破卸壓等方式相結(jié)合的方法進行解危。對超前工作面主要采用煤層注水的方法進行解危，對于一般性的沖擊地壓危險區(qū)內(nèi)采用鉆孔卸壓的解危措施，而對于鉆孔卸壓達不到解危要求的區(qū)域采用爆破卸壓。

［1］ 閆永敢，朱濤，張百勝，等.沖擊地壓震源機理研究［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報，2010，41（3）：228－230.

［2］ 周澎.華亭煤礦綜放煤柱區(qū)沖擊地壓防治研究［D］.西安：西安科技大學(xué)，2010（5）：30－32.

［3］ 王蓓，吳繼忠，Bernard DRZEZLA.采礦地質(zhì)因素評定沖擊地壓危險［J］.礦山壓力與頂板管理，2001（1）：72－74.

［4］ 李偉.南屯煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（4）：39－42.

［5］ 徐厚學(xué).江合煤礦煤巖層沖擊地壓危險性與防治技術(shù)研究［J］.重慶大學(xué)，2010（2）：35－37.