大孔徑卸壓鉆孔在卸壓解危中的應(yīng)用

李高奇,房　偉（山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)安全監(jiān)察局,山東　棗莊　277000）

大孔徑卸壓鉆孔在卸壓解危中的應(yīng)用

李高奇,房偉
（山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)安全監(jiān)察局,山東棗莊277000）

摘要：目前沖擊地壓卸壓解危手段主要有煤層高壓預(yù)注水、煤層大直徑鉆孔卸壓、爆破卸壓、頂板預(yù)裂等，其中煤層大直徑鉆孔卸壓對圍巖擾動較小而又能取得明顯卸壓效果，本文主要闡述了煤層大直徑鉆孔卸壓原理及在工程應(yīng)用中取得的效果。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；煤層大直徑鉆孔；卸壓；原理

1　概況

隨著我礦區(qū)煤礦開采深部的不斷延伸，沖擊地壓由于其巨大破壞性，逐漸成為煤礦重大災(zāi)害之一，特別是在復(fù)雜地質(zhì)開采條件下，沖擊地壓顯現(xiàn)更為突出。

防治措施主要有以下兩個方向，一是改變煤巖物理力學(xué)性質(zhì)，通過改變煤巖物理力學(xué)性質(zhì)減少煤巖彈性壓縮勢能的積聚，提高煤巖塑性變形能力，降低煤巖的脆性，減緩彈性能量的釋放速度。具體措施有向煤體內(nèi)進(jìn)行高壓注水、打卸壓鉆孔、放震動炮、開采保護(hù)層等。二是避免或減少采掘空間圍巖內(nèi)的應(yīng)力集中，目的在于減輕沖擊地壓破壞程度，具體的措施有適當(dāng)掌握采面開采強(qiáng)度，降低集中應(yīng)力系數(shù)，加大巷道斷面和支架可縮性，減少沖擊地壓造成巷道圍巖突出，提高巷道底板塑性系數(shù)，控制巷道底鼓，嚴(yán)格執(zhí)行放炮安全措施，防止放炮誘出沖擊地壓而危及人身安全。

煤層大直徑鉆孔卸壓是在煤體應(yīng)力集中或潛在應(yīng)力集中區(qū)，施工一系列大直徑鉆孔，產(chǎn)生自由空間，改變煤體的應(yīng)力分布及其特性，使煤體一圍巖系統(tǒng)儲存的彈性能量得到緩慢釋放的一種措施。

2　煤層大直徑鉆孔卸壓原理

根據(jù)“應(yīng)力三向化轉(zhuǎn)移”原理(見圖1)，局部區(qū)段卸壓解?？梢圆捎么笾睆姐@孔進(jìn)行卸壓。通過實(shí)施大直徑鉆孔，擴(kuò)大巷道周邊塑性區(qū),形成一個塑性弱化帶,促使巷道支承應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移,從而使巷道周邊附近圍巖處于低應(yīng)力區(qū)（見圖2）,當(dāng)發(fā)生沖擊時(shí)，一方面卸壓區(qū)內(nèi)頂板沉降與底板形成“楔形”阻力帶，改變煤幫受力狀態(tài)，阻止煤體沖出；另一方面大直徑鉆孔吸收鉆孔周邊沖出的煤粉，釋放應(yīng)力，防止煤體沖出。

圖1　應(yīng)力三向化轉(zhuǎn)移原理

圖2　大直徑鉆孔效果的數(shù)值模擬(模擬鉆孔深度為6m)

3　工程應(yīng)用

根據(jù)微震觀測歷史數(shù)據(jù)分析，3下7110工作面運(yùn)輸巷F7-15斷層與巷道間煤柱形成一個微震集中區(qū)，預(yù)測該位置受巷道開挖與F7-15斷層影響形成的地質(zhì)孤島煤柱應(yīng)力集中，微震事件頻發(fā)，沖擊危險(xiǎn)程度較高。

針對上述問題，迅速組織在該巷道兩幫施工卸壓鉆孔，鉆孔深度25m或至接觸巖石，孔口高度0.5-1.5m，鉆孔直徑113mm，孔間距2m，鉆孔個數(shù)12個。

施工卸壓鉆孔后，對9月19—9月30日微震觀測結(jié)果進(jìn)行分析，從圖4中可以明顯看出微震事件次數(shù)明顯減少，能量明顯減弱。

圖3　鉆孔卸壓前微震事件平面投影圖

圖4　鉆孔卸壓后微震事件平面投影圖

4　結(jié)論

（1）通過工程應(yīng)用可以得出結(jié)論，煤層大直徑鉆孔卸壓是防治沖擊地壓的積極措施，能夠有效降低沖擊危險(xiǎn)。

（2）通過鉆孔卸壓能夠有效的降低應(yīng)力集中程度，減少巷道周邊微震事件釋放能量，使應(yīng)力集中區(qū)域向煤層深部轉(zhuǎn)移，通過煤層內(nèi)聚力抑制煤體沖擊，保證巷道安全。

（3）通過施工卸壓鉆孔能夠在巷道周邊制造一定寬度的塑性區(qū)，能夠衰減力的傳遞，起到阻滯煤層深部能量釋放剛性傳遞誘發(fā)巷道沖擊的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉金海.深厚表土長大綜放工作面頂板運(yùn)動災(zāi)害控制[M].北京：科學(xué)出版社,2013.

[3]藍(lán)航.沖擊地壓綜合防治技術(shù)體系及應(yīng)用[M].煤礦開采,2011.

作者簡介：李高奇（1984-），男，山東棗莊人，助理工程師，研究方向：礦山安全管理。