高冲击地压矿井防治措施研究与分析_陈沛霖.pdf

1772023 年第 5 期陈沛霖等：高冲击地压矿井防治措施研究与分析陈沛霖等：高冲击地压矿井防治措施研究与分析收稿日期 2023-01-05作者简介 陈沛霖（1995），陕西西安人，2019 年毕业于香港理工大学，硕士，助理研究员，现就职于中煤科工西安研究院（集团）有限公司，主要从事煤矿坑道钻探技术与装备的研究与推广工作。陈沛霖等：高冲击地压矿井防治措施研究与分析陈沛霖等：高冲击地压矿井防治措施研究与分析高冲击地压矿井防治措施研究与分析陈沛霖 范 强 孟 增（中煤科工西安研究院（集团）有限公司，陕西 西安 710077）摘 要 结合靖远煤电某矿 12130 运输顺槽地质特性，采用综合指数评价、冲击危险性等级评价以及基于多因素耦合评价方法对运输顺槽冲击危险区域圈定划分，并采取组合钻孔预卸压防冲治理措施进行防治。卸压效果检验证明了此钻孔设计及钻具选型方案满足工程所需卸压防治要求，卸压效果明显，为内蒙、陕西等冲击地压矿区的防治提供借鉴。关键词 冲击地压；综合指数评价方法；冲击危险区域划分；钻孔设计；防冲治理中图分类号 TD324+.2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.057Research and Analysis on Prevention and Control Measures for High Rock Burst MinesChen Peilin Fan Qiang Meng Zeng(China Coal Technology and Industry Xian Research Institute(Group)Co.,Ltd.,Shaanxi Xian 710077)Abstract:Combined with the geological characteristics of the 12130 transportation trough in a mine of Jingyuan Coal Electricity,a comprehensive index evaluation,impact risk level evaluation,and multi factor coupling evaluation method are used to delineate and divide the impact risk area of the transportation trough,and combined drilling pre-unloading and erosion-control administer measures are taken for prevention and control.The pressure relief effect inspection proves that the drilling design and drilling tool selection scheme meet the requirements for pressure relief prevention and control required by the project,and the pressure relief effect is obvious,providing reference for the prevention and control of rock burst mining areas in Inner Mongolia,Shaanxi,and other regions.Key words:rock burst;comprehensive index evaluation method;division of impact hazardous areas;drilling design;erosion-control administer近年来，随着井下开采难度的增大，对具有潜在冲击地压风险的矿井进行前置性卸压治理，成为煤炭安全开采保障重要一环1。具有冲击地压煤岩体破裂时常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等，具有强破坏性、局部突发性、瞬时性等特点2。本文采用综合指数评价方法对 12130 运输顺槽冲击危险区域进行划分，制定了大直径钻孔卸压防治方案，对 12130 运顺掘进提供了安全保障3。1 12130 运输顺槽概况靖远煤电 12130 运输顺槽主采 2 号煤层，煤岩情况见表 1。表 1 主采 2 号煤层顶底板情况表顶板名称岩石名称厚度/m基本顶砂砾岩26.6直接顶泥岩粉砂岩01.5直接底泥岩细砂岩3.1基本底粗砂岩10.62 冲击地压危险因素分析2.1 煤层冲击倾向性12130 运输顺槽煤样的单轴抗压强度 RC、动态破坏时间 DT、弹性能量指数 WET、冲击能量指数 KE等四项指标可作为判定煤的冲击倾向性依据，鉴定指标参数见表 2。2.2 顶底板岩层冲击倾向性经鉴定，矿区 2 层煤为复合型顶板岩层，其弯曲能量指数冲击倾向性结果见表 3。1782023 年第 5 期表 2 煤层冲击倾向性测定结果煤层指数RCDTWETKE2 层煤22.74186.93.882.76鉴定结果：类，弱冲击倾向性表 3 顶底板岩层冲击倾向性鉴定结果名称弯曲能量指数/kJ冲击倾向性顶板-细砂岩21.14/顶板-粗砂岩17.39/顶板-粉砂岩2.47/复合顶板40.88弱底板2.631无2.3 开采深度与冲击危险影响依据静水压力理论，随着工作面掘进深度增加，上覆岩体自重会导致煤岩体中聚积的弹性能及冲击地压风险徒增4-6。经计算分析，开采深度与冲击地压发生的概率成正比例关系，指数曲线如图 1。图 1 采深与冲击危险指数的关系图12130 运输顺槽采深目前已达到 538.5 m，经计算，冲击地压显现危险指数达到 0.62。为消除掘进中伴随的潜在冲击危险性，卸压治理方案已成为刻不容缓的手段。3 冲击危险性评价及分析3.1 综合指数法冲击危险等级评价冲击地压危险性受地质构造、开采深度等多种因素影响。采用综合指数计算分析方法可对 12130运输顺槽冲击危险性等级进行评价。综合指数 Wt通过公式（1）计算分析：Wt=maxWt1，Wt2 （1）式中：危险指数 Wt1、Wt2对应综合指数中的地质因素、开采技术条件因素两大核心要素，通过获取二者之间较大值，从而预测区域冲击危险性等级。Wt1及 Wt2可通过公式（2）进行计算分析：t1max11nniiiiWWW=（2）式中：Wimax为 12130 运输顺槽第 i 个地质因素中的最大指数值；Wi为第 i 个地质因素的实际危险指数。根据评估值实际情况取值：Wimax=20，Wi=11，从而计算冲击地压危险指数 Wt1=0.539，介于 0.5 至0.75 之间，属于中等冲击危险。开采技术条件危险指数Wt2由保护层卸压程度、留底煤厚度等 11 个因素耦合影响7。12130 运输顺槽一侧采空，区段煤柱宽度为 90 m 且留底煤厚度 1 m，综合分析开采技术因素取值 Wimax=20，Wi=11，同理，利用公式（2）计算获得开采技术条件因素冲击地压危险指数 Wt1=0.098，数值小于 0.5，属于无冲击危险。通过获取危险指数 Wt1、Wt2二者最大数值来确定 12130 运输顺槽掘进工作面冲击危险性等级评定综合指数 Wt=max Wt1,Wt2=0.537，为具有中等冲击地压危险工作面。3.2 多因素耦合冲击危险等级评价由综合指数计算法获取的 12130 运输顺槽地质条件、开采技术条件两方面得出的危险数值差距过大，故采用多因素耦合分析法对其结果进行修正7。经分析，开采深度、煤岩冲击倾向性等为其冲击地压危险等级评价重点因素，将上述因素耦合计算分析，获取修正结果见表 4。表 4 多因素耦合冲击危险区域划定表巷道与开口距离 d/m冲击等级12130 运输顺槽078无冲击危险78451弱冲击危险451538强冲击危险其中，距离 12130 运输顺槽开口位置 078 m深度范围内无冲击地压风险；78451 m深度范围内，顶板层接茬煤体弱面，为弱冲击地压；451538 m深度范围内，作业轨道横穿上分层 67 m 煤柱区域，冲击风险增大，为强冲击风险。由综合指数法及多因素耦合冲击危险等级评价法可知：12130 运输顺槽自开口位置至开采深度538.5 m 的距离内，冲击危险由无转强，应结合表 5所示的冲击等级划分采取对应防冲治理措施。1792023 年第 5 期陈沛霖等：高冲击地压矿井防治措施研究与分析陈沛霖等：高冲击地压矿井防治措施研究与分析4 冲击地压防治技术为实现具有由无转强冲击地压危险等级防冲治理，现采取深孔爆破预裂、大直径卸压孔的组合钻孔设计方案卸压治理，钻孔设计方案见表 5。表 5 12130 运输顺槽防冲卸压钻孔设计方案钻孔类型掘进深度 d/m孔数/个钻头/mm孔深/m顶板爆破预裂孔d 78367530东一 214 回风顺槽加密一组底板爆破预裂孔d 78307520东一 214 回风顺槽加密两组煤体大直径卸压孔d 7824011350300 m d 538.5 m 加密一组煤体爆破卸压孔d 78704210300 m d 538.5 m 加密一组掘进至深度 78 m 后采取卸压方案：顶板爆破预裂孔 36 个，一组 2 孔，组间距 20 m，方位角168，倾角 30及 60各 18 个，孔深 30 m，东一 214 回风顺槽加密一组，即组间距 10 m；底板爆破预裂孔 30 个，一组 2 孔，组间距 30 m，方位角350，倾角 10及 30各 15 个，孔深 20 m，东一 214 回风顺槽加密一组，即组间距 10 m；煤体大直径卸压孔 240 个，一组 1 孔，组间距 1.8 m，方位角 350，倾角 57，孔深 50 m。为应对冲击地压由弱转强的风险，采深 300 m后至迎头距离两侧各加密一组7，即组间距 0.9 m；煤体爆破卸压孔 70 个，一组 2 孔，组间距 10 m，方位角 170，倾角 5及-30各 35 个，充分爆破卸压防治以达到前置性防治效果。5 效果及结论5.1 冲击地压治理效果为了验证 12130 运输顺槽卸压防治效果，采用钻屑法、微震法等方法监测区域冲击地压治理情况7，在迎头前 3080 m 范围内施工 3 组钻屑监测孔，各间隔 15 m。钻屑监测的数据见图 2。钻屑预警值在钻孔深度 25 m 及 611 m 间分别为 2.7 kg/m 和 3.5 kg/m。在钻孔卸压防治前，三组钻孔钻屑量均超过了预警值，平均值分别为 3.215 kg/m、3.14 kg/m、3.237 kg/m，其中 2 号孔在钻进至9 m时出现动力显现现象，导致作业时吸钻、卡钻，局部性冲击地压较强。经过钻孔卸压防治处理后，三组钻孔钻屑监测值均处于预警线下方，平均降幅达 41.51%，卸压防治效果显著。图 2 钻孔卸压防治前后钻屑监测变化图利用微震监测系统对卸压治理前 4 月 8 日4月 27 日现场微震监测能量进行监测，周期来压导致现场最大微震监测能量为 14 879 J，冲击地压特性显著。钻孔卸压处理后，次日早班测得微震监测能量降至 873 J，满足冲击地压矿井安全开采要求。5.2 结论对 12130 运输顺槽多方法冲击地压危险性评价分析，确定其具有局部性强冲击低压，利用组合钻孔施工方法对 12130 运输顺槽进行前置卸压防治处理，通过钻屑法、微震法对比分析证明了此方法具有良好卸压效果，为其余冲击地压矿区分析与防治提供参考与借鉴。【参考文献】1 宫凤强，赵英杰，彭康，等.煤的冲击倾向性研究进展及冲击地压“人-煤-环”三要素机理 J/OL.煤 炭 学 报：1-392022-06-08.DOI:10.13225/ki.jccs.2022.0165.2 史锐.下沟煤矿 ZF303 孤岛工作面冲击地压防治技术研究 J.煤矿现代化，2022，31（01）：57-59+63.3 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