近距離煤層沖擊地壓防治技術(shù)研究

李善斌

摘 要：沖擊地壓是煤礦開采工作中的一種常見災(zāi)害，其類型屬于煤巖體動力災(zāi)害，在煤礦的開采強(qiáng)度和開采深度提升的同時(shí)，其發(fā)生概率也會隨之提升。在近距離煤層的開采工作中，上部煤層開采對下部煤層巷道位置的確定和開掘時(shí)間的確定是該項(xiàng)工作中的巨大挑戰(zhàn)。由于煤層應(yīng)力作用雙重疊加，導(dǎo)致能量累計(jì)過大，會使沖擊地壓的危害更加明顯。鑒于此種情況，下文中筆者將對近距離煤層沖擊地壓防治技術(shù)進(jìn)行研究分析，從而在根源上解決此類問題。

關(guān)鍵詞：近距離煤層；沖擊低壓；防治技術(shù)；研究

引言

沖擊地壓是煤巖體中累積的應(yīng)變能突然釋放而產(chǎn)生的一種危害性能量，尤其是在近距離空間交叉煤礦采場當(dāng)中，上部采場在向下部煤層巷道掘進(jìn)的過程中，掘進(jìn)迎頭處的煤體上部應(yīng)力強(qiáng)度增加，在能量聚集到一定程度時(shí)就會造成煤體的損壞，掘進(jìn)巷道迎頭處的松動煤體會噴出，進(jìn)而造成嚴(yán)重的人員傷亡。因此為保證煤礦開采的安全性，必須通過有效手段，防止沖擊地壓對煤礦開采過程中所帶來的危害。

一、近距離煤層開采的具體部署

在煤礦開采工程的上部工作面布置工作中，要注意上部的煤層工作面對下部煤層工作面的保護(hù)作用。如果煤礦開采區(qū)的煤層存在斷層狀況的話，就會增加沖擊地壓的危險(xiǎn)程度，因此在進(jìn)行下部煤層工作面的布置和開采工作時(shí)，要結(jié)合上部煤層工作面的位置和強(qiáng)度，進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，從而對布局位置和開采關(guān)系進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化。具體的布置工作可以分為以下幾個(gè)方面：

1.工作面巷道的布局工作

工作面巷道的布局工作主要遵循兩個(gè)原則。一是空間合理性，在對工作面煤層進(jìn)行下行開采是，上部工作面在回采工作結(jié)束之后會向下部煤層工作面?zhèn)鬟f一種卸壓的作用力。鑒于這種情況，工作人員在上部工作面回采完成之后會留下具備一定寬度的煤柱。一般來說，煤柱的底部區(qū)域?yàn)樵鰤簠^(qū)，其應(yīng)力應(yīng)當(dāng)大于原巖應(yīng)力，同時(shí)在采空區(qū)的下半部分為卸壓區(qū)，應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于原巖應(yīng)力。在實(shí)際的操作當(dāng)中，為了使下部煤層的工作面始終處于低應(yīng)力狀態(tài)，相關(guān)工作人員需要在上部煤層工作面煤體邊緣處內(nèi)錯一定距離來布置下部的煤層巷道，從技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，近距離煤層回采巷道的布置方式主要有三種，分別為：外錯式布置、內(nèi)錯式布置以及重疊式布置，具體細(xì)節(jié)如下圖所示。

二是時(shí)間合理性。在近距離下行工作面煤層開采工作中，不僅要注重空間布局，時(shí)間上的布局同樣不可忽視，充分協(xié)調(diào)上下煤層的開采時(shí)間，在時(shí)間上做到統(tǒng)籌規(guī)劃。在煤礦開采的過程中，上下煤層的工作面不可同時(shí)進(jìn)行開采工作。如果開采工作量大導(dǎo)致時(shí)間無法錯開時(shí)，我們可以通過時(shí)間角度的合理布局來實(shí)現(xiàn)近距離煤層的同采同掘。在開采時(shí)間關(guān)系的把控上，要確保下部工作面巷道進(jìn)行采掘工作時(shí)在上部工作面的采掘范圍之外，之后要保證上部工作面的采空區(qū)頂板具有足夠的穩(wěn)定性，在上述工序確定完畢之后，下部工作面才能夠開始采掘工作。

2.確定相對安全距離

在近距離煤層的開采過程中，上層煤礦的回采工作使下層煤礦分為三個(gè)區(qū)域，分別是原巖應(yīng)力區(qū)、增壓區(qū)和卸壓區(qū)，具體結(jié)構(gòu)圖如下所示。因此三者之間范圍的確定對于安全生產(chǎn)來說是至關(guān)重要的。

當(dāng)近距離煤層進(jìn)行相向開采活動時(shí)，要合理規(guī)劃上部煤層對下部煤層的增壓作用，設(shè)置合理的安全距離，并對停掘時(shí)間進(jìn)行合理分配，如果分配不合理的話就容易造成沖擊地壓的安全事故。

同時(shí)，當(dāng)上部煤層不再影響下部煤層巷道安全時(shí)，下部煤層巷道就可以開展掘進(jìn)工作，以空間為基點(diǎn)來推算上組煤與下組煤之間背向采掘的最小安全距離。

二、近距離煤層沖擊低壓防治技術(shù)的優(yōu)化策略

1.優(yōu)化煤層工作面的開采布局

在防沖優(yōu)化工作開始之前，工作人員要充分考量上煤層開采應(yīng)力場的分布情況，之后對下煤層工作面進(jìn)行優(yōu)化處理，設(shè)計(jì)下煤層工作面的支護(hù)參數(shù)。從上煤層采空區(qū)側(cè)向支撐壓力的分布狀況來看，要根據(jù)下煤層避開上覆巖層所傳遞的應(yīng)力集中特點(diǎn)，來選擇合適的巷道布置形式。一般來說，下煤層工作面與上煤層采空區(qū)邊緣的內(nèi)錯長度不能小于5m，通過這樣的設(shè)置能夠充分保證下部巷道的穩(wěn)定性。

2.巷道斷面以及巷道參數(shù)的優(yōu)化

首先相關(guān)工作人員要著力提升巷道圍巖結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力，對巷道斷面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如果巷道的斷面形狀為矩形的話，就會在巷道頂角和底角處發(fā)生損壞。鑒于這種情況，我們可以將巷道的斷面設(shè)計(jì)成梯形，這樣能夠減小頂板的暴露寬度，緩解頂板下沉的狀況，使棚梁的支護(hù)能力得到提升。此時(shí)我們可以使用礦用工字梁，將棚梁設(shè)置在相鄰兩排的錨桿之間，并將其固定在梁架當(dāng)中。在頂部使用均勻背板進(jìn)行加固，這樣可以使圍巖的抗形變能力得到提升，繼而優(yōu)化圍巖的支撐性能。同時(shí)根據(jù)煤礦開采現(xiàn)場的實(shí)際情況，我們還可以使用支撐式柱腿來進(jìn)行加固，在兩煤層之間4m之內(nèi)的區(qū)域使用上留頂煤和下破底板巖石的方式來保證頂板的夾矸厚度，從而使頂板支護(hù)結(jié)構(gòu)更加安全穩(wěn)定。

3.巷道圍巖支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化

在該項(xiàng)工作中，我們可以將圍巖的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行改變，使圍巖從兩向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換為三向受力狀態(tài)。同時(shí)由于沖擊性地層內(nèi)巷道對圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度具有非常高的要求，需要具備非常強(qiáng)大的抗沖擊能力，而在一些比較復(fù)雜的地理環(huán)境例如斷層帶、巖層蓄水區(qū)和圍巖破碎帶當(dāng)中，其圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)受到外部環(huán)境的干擾程度較嚴(yán)重，因此在這種情況下我們可以使用綜合性的支護(hù)技術(shù)來提升圍巖的整體強(qiáng)度，目前錨網(wǎng)索和U型鋼的復(fù)合型支護(hù)技術(shù)在煤礦工程中應(yīng)用比較廣泛，是一種性能極佳的圍巖支護(hù)技術(shù)，工作人員可以根據(jù)開采現(xiàn)場的實(shí)際情況加以應(yīng)用。

總結(jié)

近距離煤層沖擊地壓的防治技術(shù)需要從煤層開采的布局工作入手，并在實(shí)際采掘的過程中根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體優(yōu)化，只有通過這種綜合性的方式。才能夠最大限度地杜絕沖擊地壓所帶來的危害。在本文中筆者對近距離煤層采掘工作的具體布局以及采掘過程中的具體優(yōu)化措施作了詳細(xì)的分析，望相關(guān)部門及工作人員能夠結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行有效應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]王星.近距離煤層沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].山東煤炭科技，2018.

[2]劉鵬，曲延倫，劉寶亮. 近距離煤層開采沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].中國煤炭，2015（12）.

[3]藍(lán)航，杜濤濤. 近距離煤層掘進(jìn)巷道過終采線沖擊地壓防治技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2015（1）：10-14.