近距煤層過上覆煤柱巷道強礦壓研究與治理

賈方偉

1 概述

山西某礦井東三盤區(qū)14-3#層8503 工作煤層之上8 m～14 m 為14-2#層采空區(qū)，因受上覆14-2#層8502、8504采空區(qū)隔離煤柱與11-2#層8520、8522采空區(qū)隔離煤柱疊加應力影響，5503 巷應力較集中，有發(fā)生礦壓集中顯現(xiàn)的危險。

在8503工作面搬家穩(wěn)裝期間，5503巷受煤柱疊加應力影響共斷裂錨桿10根，錨索6根。當工作面回采至130 m 時，工作面59#～92#架對應工作面煤壁壓力大，片幫較嚴重，且5503 巷超前支護段60 m 范圍發(fā)生底鼓，底鼓量最大為0.6 m。

為保證8503工作面的安全回采，本文對近距煤層過上覆煤柱巷道強礦壓危險程度進行了分析和評價，并提出了針對性的治理措施，降低了應力集中程度，保證了礦井安全生產。

2 8503工作面強礦壓危險程度分析與評價

2.1 綜合指數(shù)法分析

采用綜合指數(shù)法對8503 面進行強礦壓的早期分析預測，從而為采取合理的強礦壓治理方法提供依據(jù)。

（1）8503面影響強礦壓危險狀態(tài)的地質因素及指數(shù)Wt1見表1。

8503 工作面周圍地質條件對強礦壓危險狀態(tài)的影響程度及強礦壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)為：

表1 地質條件影響強礦壓危險狀態(tài)的因素及危險指數(shù)

（2）8503面影響強礦壓危險狀態(tài)的開采技術因素及指數(shù)Wt2

表2 開采技術條件影響強礦壓危險狀態(tài)的因素及指數(shù)

8503 工作面周圍開采技術條件對強礦壓危險狀態(tài)的影響程度及強礦壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)為：

（3）8503 面強礦壓危險狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)Wt：

以此可圈定強礦壓危險程度。

（4）強礦壓危險程度的評定

當強礦壓危險狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)Wt=0.3～0.5時，采掘工作面危險狀態(tài)等級為弱。8503面強礦壓綜合指數(shù)Wt=0.3，因此評定該面危險狀態(tài)等級為弱。

2.2 電磁輻射法分析

電磁輻射可用來預測煤巖災害動力現(xiàn)象，其主要參數(shù)是電磁輻射強度和脈沖數(shù)。電磁輻射強度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強度，脈沖數(shù)主要反映了煤巖體變形和微破裂的頻次。本礦井主要采用臨界值法，即強度臨界值取值為100 mv，脈沖臨界值取值為9 000 Hz。

經觀測，8503 面電磁輻射數(shù)據(jù)較大，表明巷道應力較集中（見圖1）。

圖1 電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 治理措施

通過綜合指數(shù)分析法預測8503 面強礦壓危險狀態(tài)等級為弱，且5503 巷應力較為集中，為確保工作面的安全回采，礦井采用卸壓方式進行強礦壓的治理[1]。

3.1 鉆孔卸壓

做為釋放煤、巖體中的彈性能量，改變其釋放形式，煤體卸壓鉆孔是一種十分有效的措施。卸壓鉆孔形成后，提供了煤、巖體變形的補償空間，有效地提前緩慢釋放了煤、巖體中的能量。因此礦井設計并施工了8503工作面卸壓鉆孔。

設計參數(shù)：在5503 巷工作面幫距底板0.4 m 處施工一排直徑108 mm、深度15 000 mm 的卸壓孔；鄰空幫距底板0.4 m 處施工一排直徑108 mm、深度8 000 mm的卸壓孔,孔間距均為1 m，鄰空幫卸壓孔施工后用黃土封孔1 m。

圖2 卸壓孔設計參數(shù)

3.2 底板卸壓爆破

通過在5503 巷施工底板卸壓爆破孔進行爆破松動，以增加巷道底板的可變形空間，釋放底板中蓄積的彈性能，降低應力集中程度強度，減小巷道底鼓量[2]。

設計參數(shù)：5503 巷距工作面幫0.4 m，垂直底板施工一排直徑42 mm、深度1 200 mm 的炮孔，孔間距1 m，每孔裝兩卷三級煤礦許用膏狀乳化炸藥。

圖3 底板卸壓爆破孔設計參數(shù)

4 治理效果

為降低14-3#層東三盤區(qū)8503面應力集中程度，分別在5503巷施工卸壓孔與底板卸壓爆破孔，下圖為實施鉆孔卸壓、底板卸壓爆破后電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖4 施工后電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)

從電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)分析卸壓孔及底板卸壓爆破孔施工后，監(jiān)測數(shù)據(jù)強度值及脈沖數(shù)明顯降低，緩解了5503 巷應力集中程度?，F(xiàn)場觀察當工作面推進至卸壓孔施工區(qū)域時，5503巷超前支護20 m范圍卸壓孔全部塌孔，卸壓效果明顯，且實施底板卸壓爆破后，巷道未發(fā)生底鼓。

圖5 卸壓孔塌孔圖

5 結論

通過在近距煤層過上覆煤柱巷道實施卸壓解危措施，有效降低了巷道應力集中程度，避免了過上覆煤柱巷道強礦壓的發(fā)生，解決了8503工作面應力集中的難題，實現(xiàn)了近距煤層過上覆煤柱工作面的安全回采,有效提升了礦山安全技術水平。

隨著礦山開采強度的增加，強礦壓危害將日趨嚴重，近距煤層過上覆煤柱巷道強礦壓治理為降低巷道應力集中程度，提供了一種可行有效的治理方法，有著廣泛的應用前景。