鉆孔卸壓防治強(qiáng)礦壓的效果分析

馬成云

（同煤集團(tuán)同家梁礦，山西 大同 037003）

同家梁礦8105工作面在回采過程中，回采巷道出現(xiàn)了強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)。針對(duì)強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)這一現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了多種卸壓方案[1-4]，采用數(shù)值模擬方案分析卸壓效果，確定合理的卸壓方案，降低巷道圍巖應(yīng)力，減輕回采巷道強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)，保證回采巷道的穩(wěn)定。

1 鉆孔卸壓方案設(shè)計(jì)

以5103巷為例說(shuō)明鉆孔卸壓措施。針對(duì)5103巷，設(shè)計(jì)了3種卸壓鉆孔布置方案，即單排孔、雙排孔和三排孔，具體鉆孔布置見圖1。其中孔徑選擇108mm，孔深為15m，孔間距為1000mm。根據(jù)初步確定的設(shè)計(jì)方案，再對(duì)鉆孔間距進(jìn)行優(yōu)化，分別分析鉆孔間距600mm、800mm和1000mm三種方案的卸壓效果。采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件分別對(duì)不同排數(shù)的卸壓鉆孔的卸壓效果進(jìn)行模擬分析。

圖1 三排卸壓孔布置圖

2 鉆孔卸壓效果分析

圖2為巷道圍巖的垂直應(yīng)力分布，由圖可以看出，在卸壓鉆孔一定范圍內(nèi)應(yīng)力得到了釋放，在未進(jìn)行鉆孔卸壓時(shí)，巷道圍巖的應(yīng)力峰值為34.8MPa，單排孔時(shí)巷道圍巖垂直應(yīng)力峰值為33.9MPa，雙排孔時(shí)巷道圍巖垂直應(yīng)力峰值為32.3MPa，三排孔巷道圍巖垂直應(yīng)力峰值為31.4MPa，隨著卸壓孔排數(shù)的增加，巷道圍巖應(yīng)力峰值略微減小。卸壓鉆孔不僅可以使一定區(qū)域內(nèi)應(yīng)力降低，還能使圍巖應(yīng)力向煤體深處轉(zhuǎn)移，可以看出：在無(wú)卸壓鉆孔時(shí)，應(yīng)力峰值點(diǎn)位于煤壁內(nèi)約4m處；在有單排卸壓鉆孔時(shí)，應(yīng)力峰值點(diǎn)位于煤壁內(nèi)約4.5m處；在有雙排卸壓鉆孔時(shí)，應(yīng)力峰值點(diǎn)位于煤壁內(nèi)約5m處；在有三排卸壓鉆孔時(shí)，應(yīng)力峰值點(diǎn)位于煤壁內(nèi)約6m處。當(dāng)有三排鉆孔時(shí)，煤體中的應(yīng)力集中程度大大降低，峰值由34.8MPa降至31.4MPa，應(yīng)力降低了9.7%，圍巖向深部轉(zhuǎn)移了2m，巷道圍巖應(yīng)力得到了釋放和轉(zhuǎn)移。

圖2 卸壓孔不同排數(shù)巷道圍巖應(yīng)力分布

圖3為距巷道幫深度3m處應(yīng)力剖面，由圖可以看出在卸壓鉆孔一定范圍內(nèi)應(yīng)力得到了釋放，隨著排數(shù)的增加，圖中黑色區(qū)域逐漸減小，表明高應(yīng)力的范圍逐漸減小，在有三排卸壓鉆孔時(shí)，巷道的卸壓范圍較大，應(yīng)力得到了充分釋放。

卸壓孔布置三排的效果明顯優(yōu)于兩排孔和單排孔。在鉆孔排數(shù)確定后，進(jìn)一步對(duì)不同鉆孔間距的卸壓效果進(jìn)行模擬分析。分別對(duì)鉆孔間距為1000mm、800mm和600mm的三種方案進(jìn)行數(shù)值模擬。圖4為不同鉆孔間距的巷道圍巖垂直應(yīng)力分布，由圖可知鉆孔間距為1000mm時(shí)巷道圍巖垂直應(yīng)力峰值為31.4MPa，鉆孔間距為800mm時(shí)巷道圍巖垂直應(yīng)力峰值為31.8MPa，鉆孔間距為600mm時(shí)巷道圍巖垂直應(yīng)力峰值為32.1MPa。隨著鉆孔間距的減小，巷道圍巖應(yīng)力峰值相差不大。

圖3 卸壓孔不同排數(shù)距巷道幫深度3m處應(yīng)力剖面

圖4 卸壓孔不同孔間距巷道圍巖應(yīng)力分布(三排孔)

圖5為不同卸壓孔間距距巷道幫深度3m處應(yīng)力分布，由圖可以看出，隨著鉆孔間距的減小，圖中深色的區(qū)域逐漸減小，表明高應(yīng)力的范圍逐漸減小，巷道的卸壓范圍增大。還可明顯看出當(dāng)間距為600mm時(shí)，卸壓區(qū)域相互完全聯(lián)通。由上述可知，鉆孔間距為600mm的方案，應(yīng)力卸壓范圍大，卸壓效果較好。

圖5 卸壓孔間距不同距巷道幫深度3m處應(yīng)力剖面

3 結(jié)論

（1）布置三排卸壓孔時(shí)，煤體中的應(yīng)力集中程度大大降低，峰值由34.8MPa降至31.4MPa，應(yīng)力降低了9.7%，圍巖向深部轉(zhuǎn)移了2m，巷道圍巖應(yīng)力得到了釋放和轉(zhuǎn)移。

（2）卸壓孔間距為600mm時(shí)，應(yīng)力卸壓范圍大，較孔間距為800mm和1000mm的方案卸壓效果較好。

（3）確定鉆孔卸壓方案為：布置3排鉆孔，鉆孔間距為600mm。該方案可降低巷道圍巖應(yīng)力，提高巷道穩(wěn)定性。