工作面沖擊地壓危險(xiǎn)防治方案探討

喬杰鵬

(汾西礦業(yè)集團(tuán)河?xùn)|礦，山西 靈石 031302)

工作面沖擊地壓危險(xiǎn)防治方案探討

喬杰鵬

(汾西礦業(yè)集團(tuán)河?xùn)|礦，山西 靈石 031302)

以某礦有發(fā)生沖擊危險(xiǎn)的1061工作面為研究背景，針對(duì)性地制定了大直徑鉆孔、煤層注水、煤體卸壓爆破、頂板深孔爆破4種卸壓措施，并設(shè)計(jì)出各卸壓方案的工藝參數(shù)。在工作面推進(jìn)過程中根據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取不同卸壓方案。

沖擊危險(xiǎn)；卸壓方案；卸壓爆破

1 工作面概況

1.1 地質(zhì)概況

1061工作面是106采區(qū)首采工作面，位于第1個(gè)區(qū)段切眼，里段為巖漿巖侵蝕區(qū)，外段靠近106采區(qū)大巷保護(hù)煤柱，西北方向靠近岱廟斷層保護(hù)煤柱及巖漿巖侵蝕區(qū)，東南方向?yàn)?063工作面。工作面走向長(zhǎng)753 m、傾斜長(zhǎng)183 m，回采10煤層。

10煤層為該采區(qū)主采煤層，上距鋁質(zhì)泥巖48 m，下距太原組-灰頂界面60 m。根據(jù)布置在1061工作面內(nèi)的鉆孔機(jī)底板鉆探資料分析可知，工作面煤層傾角平均8°，厚度平均2.5 m，屬于中厚煤層。該工作面頂板巖性特征見表1。

1.2 沖擊性區(qū)域劃分

鄰近104采區(qū)，在開采過程中表現(xiàn)出沖擊傾向性。1061工作面布置之前，請(qǐng)相關(guān)部門進(jìn)行了沖擊地壓區(qū)域危險(xiǎn)性劃分，詳見圖1和第130頁(yè)表2。

表1 1061工作面10煤層頂板巖性特征統(tǒng)計(jì)表

圖1 工作面回采期間沖擊危險(xiǎn)區(qū)域疊加結(jié)果

2 防沖方案設(shè)計(jì)

針對(duì)1061工作面的實(shí)際情況，對(duì)工作面回采階段采區(qū)相應(yīng)防治措施進(jìn)行合理的方案設(shè)計(jì)[1]。

2.1 煤體內(nèi)大直徑鉆孔卸壓

在1061工作面劃分的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行大直徑鉆孔卸壓處理，預(yù)卸壓至少超前工作面煤壁200 m(為提高卸壓效果，在條件允許情況下，可隨巷道掘進(jìn)和工作面回采前進(jìn)過程中進(jìn)行大直徑鉆孔預(yù)卸壓)[2]。根據(jù)該礦實(shí)際開采條件和施工工藝條件，選取預(yù)卸壓鉆孔參數(shù)如下：

一般危險(xiǎn)區(qū)域：孔深15 m～18 m，孔徑150 mm，孔間距5 m；中等危險(xiǎn)區(qū)域：孔深15 m～18 m，孔徑150 mm，孔間距3 m。

表2 工作面回采期間沖擊區(qū)域劃分

如果減少卸壓鉆孔直徑，則相應(yīng)縮短孔間距。鉆孔距巷道底板1.2 m，平行煤層方向，單排布置，如圖2所示。

圖2 煤體大直徑鉆孔布置示意圖

2.2 煤層注水

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示，煤體的單向抗拉強(qiáng)度與煤的含水率有很大關(guān)系。一般情況下，兩者呈反比關(guān)系。因此，為降低煤層的沖擊傾向性，可以通過向煤層內(nèi)注水的方法來增加煤層含水率，從而達(dá)到降低煤層抗壓強(qiáng)度，繼而降低煤層的沖擊傾向性，實(shí)現(xiàn)安全開采[3-4]。

技術(shù)參數(shù)及要求：

1) 煤層注水在超前工作面前方100 m范圍以外進(jìn)行；

2) 為避開注水與煤體卸壓爆破、大直徑鉆孔等的干擾，集中鉆孔的錯(cuò)距不小于5 m；

3) 注水鉆孔為Φ65 mm，孔深為25 m，封孔長(zhǎng)度10 m，注水孔間距15 m；

4) 注水孔布置在巷道兩幫，處置巷道，順層布置，角度應(yīng)略小于煤層傾；

5) 封孔器安裝位置深部距離孔口6 m以上；

6) 注水壓力為6 MPa～12 MPa，當(dāng)注水壓力下降5 MPa左右時(shí)或注水后巷幫周圍的煤體含水率達(dá)到4%，認(rèn)為注水達(dá)到效果，可停止注水；

7) 注水期間，必須對(duì)注水效果進(jìn)行觀測(cè)，并記錄好注水流量。

注水孔布置如圖3所示。

圖3 煤層注水孔布置圖

采取上述2種預(yù)防卸壓措施后，需要及時(shí)采用鉆屑法進(jìn)行煤體應(yīng)力狀況檢測(cè)。對(duì)于鉆屑異常的區(qū)域，需要進(jìn)一步進(jìn)行卸壓處理，即采取煤體卸壓爆破[5]。

2.3 煤體卸壓爆破

在工作面前方大約200 m的機(jī)巷和風(fēng)巷內(nèi)，預(yù)先通過鉆屑法或者微震監(jiān)測(cè)等手段進(jìn)行檢測(cè)，通過判斷鉆出的煤屑量是否超出臨界值，或者在進(jìn)行打鉆過程中是否出現(xiàn)吸鉆、卡鉆、頂鉆等現(xiàn)象來判斷具有沖擊危險(xiǎn)性的區(qū)域。采用煤體鉆孔爆破卸壓，爆破后對(duì)卸壓效果進(jìn)行檢測(cè)，保證降低或解除煤層的沖擊傾向性。

鉆孔深度大于10 m，孔徑Φ42 mm，鉆孔間距5 m，封泥長(zhǎng)度不小于4 m。煤孔卸壓示意圖如圖4所示。

圖4 煤體卸壓爆破示意圖

鑒于1061工作面頂板巖層的沖擊危險(xiǎn)性，措施實(shí)施后，對(duì)存在沖擊危險(xiǎn)的區(qū)域——鉆屑異?；虮O(jiān)測(cè)預(yù)警區(qū)域，可進(jìn)一步采取頂板深孔爆破，對(duì)頂板進(jìn)行預(yù)裂，降低煤體應(yīng)力集中程度[6]。

2.4 頂板深孔爆破

頂板爆破范圍為工作面超前200 m，鉆孔直徑65 mm。連線方式采用串聯(lián)，正向一次起爆。裝藥采用2#巖石乳膠炸藥。

在鉆屑異?；虮O(jiān)測(cè)警區(qū)巷道中，沿工作面推進(jìn)方向頂板每2 m布置1個(gè)鉆孔。沿巷道方向的鉆孔布置在距采幫側(cè)約1.5 m的頂板上。

根據(jù)應(yīng)力集中程度的大小、分布、煤層厚度及老頂?shù)奈恢?，炮眼深?0 m～40 m，單排布置，與水平方向成75°夾角朝向工作面方向，封孔長(zhǎng)度10 m，裝藥長(zhǎng)度15 m。鉆孔布置平剖面示意圖見圖5。

圖5 頂板深孔爆破鉆孔布置示意圖

3 沖擊地壓治理措施效果考察

針對(duì)1061工作面的沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，采取切實(shí)可行的綜合防治方法，形成一個(gè)較完善的防治體。對(duì)于掘進(jìn)工作面和回采工作面制定了不同的防治措施。掘進(jìn)工作面，首先通過鉆屑法、電磁輻射法

或微震法等方法進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)，確定好具有強(qiáng)烈沖擊區(qū)域以后，采用煤體大直徑鉆孔進(jìn)行卸壓。之后，采取鉆屑法監(jiān)測(cè)卸壓效果。如果沒有達(dá)到預(yù)期的卸壓效果，可以采用鉆孔卸壓爆破進(jìn)行卸壓。對(duì)于回采工作面來講，除了對(duì)劃定的區(qū)域進(jìn)行大直徑鉆孔卸壓之外，還可以通過煤層注水進(jìn)行卸壓，2種方法同時(shí)進(jìn)行，卸壓之后進(jìn)行檢測(cè)，制定下一步的卸壓方案。

沖擊地壓防治措施之后，需要進(jìn)行效果檢驗(yàn)，可通過鉆屑法、電磁輻射法和微震法進(jìn)行。通過對(duì)比爆破前后的鉆屑量、電磁輻射信號(hào)和微震情況，可判斷沖擊危險(xiǎn)是否得到解除。如果危險(xiǎn)依然存在，則繼續(xù)在原來的區(qū)域進(jìn)行解危，然后再檢驗(yàn)效果，直到解除危險(xiǎn)為止。

4 結(jié)論

列舉了針對(duì)1061工作面防沖的4種方案，并給出工藝參數(shù)，為工作面開展防沖工作提出解決方案，使得工作面推進(jìn)過程中可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果而采取不同防沖方案。防沖方案具有逐步加強(qiáng)、相互疊加的特點(diǎn)，能夠有效指導(dǎo)工作面防沖工作的開展。

[1] 李勇.雞西礦區(qū)沖擊地壓誘發(fā)機(jī)制及防治措施研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京),2013.

[2] 狄春杰.新義煤礦沖擊地壓影響因素及防治技術(shù)措施研究[D].淮南：安徽理工大學(xué),2015.

[3] 韓桂武，周英.巨厚煤層沖擊地壓的機(jī)理及預(yù)防措施[J].煤炭工程,2003(10):34-37.

[4] 李秋輝.深礦井沖擊地壓及防治措施[J].煤炭技術(shù),2008,27(7):110-112.

[5] 張成慶，孟憲琨.沖擊地壓產(chǎn)生的原因及防治措施[J].煤炭技術(shù),2005,24(2):65-68.

Control program of rock burst hazard in working face

QIAO Jiepeng

(Fenxi Mining Industry Group Hedong Coal Mine, Lingshi Shanxi 031302, China)

Taking the dangerous 1061 working face in mine as the research background, this paper formulates 4 kind of pressure relief measures, including large diameter drilling, coal seam water injection, coal unloading blasting in coal bodies, deep hole blasting in roof, and designs the technology parameters for unloading plan. And different unloading schemes are adopted according to test results in the process of working face advancing.

risk impact; pressure relief plan; unloading blasting

2016-11-22

喬杰鵬，男，1985年出生，2007年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)，工程師，長(zhǎng)期從事煤炭技術(shù)管理工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.43

TD324

A

1004-7050(2017)02-0129-03

煤礦工程