掘进巷道冲击地压灾害防治技术研究.pdf

掘进巷道冲击地压灾害防治技术研究路富鹏张勇(内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司内蒙古 鄂尔多斯)摘 要:工作面主采 煤层具有强冲击倾向性结合工作面的地质构造和矿压显现等因素划分了冲击危险区域提出通过人为制造工程缺陷消除冲击危险 根据数值模拟可知工程缺陷结构对巷道起到较好的保护作用 采用钻屑法对卸压效果进行检验最大的钻屑量未超过冲击地压危险临界值./关键词:冲击地压工程缺陷钻屑法矿压显现中图分类号:.文献标识码:文章编号:()冲击地压作为矿井常见的地质灾害是煤岩体中发生能量积聚、缓慢耗散到突然释放的过程会产生剧烈动力现象造成设备损害和人员伤亡 研究表明冲击地压是由于积聚的高能量造成的通过人为手段可将积聚的能量提前耗散至安全范围 目前矿井常用煤层预注水、顶板预裂及钻孔卸压等措施防治冲击地压 本文通过划分 工作面的危险区域结合工作面地质结构及矿压显现等因素提出采用工程卸压法防治冲击地压 工作面概况.地质条件 工作面位于一采区南部南部为已掘 皮带顺槽西部为已采 工作面北部为已采 工作面 工作面主采 煤层平均厚度.平均倾角煤层顶板以泥岩、粉砂岩为主底板以粉砂岩、细砂岩为主 根据探测结果工作面揭露 条大断层及一系列小断层 煤层在历史上未发生过冲击地压事故但随着开采深度、开采强度增加煤层工作面巷道掘进和回采中出现动力现象的次数越来越多部分工作面的矿压显现明显出现冒顶事故发生多次煤炮现象存在冲击地压危险.支护措施 工作面两巷采用锚网索支护局部采用架棚支护支护参数如表 所示表 工作面两巷支护参数支护材料支护参数直径长度()间排距()顶锚杆(高强螺纹钢)帮锚杆(高强螺纹钢)锚索(预应力).锚杆托盘锚索托板续表支护材料支护参数直径长度()间排距()钢筋网工字钢棚矿用工字钢支护排距 冲击影响因素分析.冲击倾向性煤层冲击倾向性指数.属于类为强冲击倾向存在较大的冲击危险.开采深度随着工作面开采深度增加巷道围岩集中应力的范围和峰值逐渐增大更易发生冲击地压事故 工作面开采深度为 属于深部开采工作面存在冲击地压危险.顶底板岩性煤层复合顶板弯曲能量指数为.为弱(偏强)冲击倾向性的顶板岩层复合底板层弯曲能量的指数为.属于弱(偏强)冲击倾向性的底板岩层.地质构造 工作面断层较为发育巷道掘进中揭露大断层 条落差在 以上 当巷道掘进至断层区域时围岩应力峰值增大当巷道支承压力峰值与断层断裂线高应力区域应力叠加时易发生冲击地压事故如图 所示图 断层支承压力分布图 冲击危险区域划分.掘进期间.运输巷掘进 工作面运输巷与已采 工作面仅有 小煤柱处于采空侧压内应力场中压力较小除揭露若干小断层外基本无冲击地压危险性 工作面回风巷停采线以外与 采空工作面形成的不规则煤柱区域存在较大的冲击地压危险性需要进行预卸压处理.回风巷掘进 工作面回风巷未掘段距大断层 大于未掘末段距 采空工作面大于 基本处于原始应力场但是揭露多条断层存在冲击地压.切眼掘进 工作面切眼在原始应力场中掘进揭露断层、时存在冲击地压危险性其他基本无冲击地压危险性 工作面巷道掘进期间共划分为 个危险区域(个较强危险、个一般危险)情况如表 所示表 工作面掘进期间冲击危险区域序号与切眼距离/危险区范围/原因危险程度距胶带顺槽 (切眼)(切眼)断层一般(运输巷)(运输巷)断层一般(运输巷)(运输巷)断层一般(回风巷)(回风巷)断层一般(运输巷)(运输巷)断层一般(运输巷)(运输巷)侧压、煤柱、断层 较强(回风巷)(回风巷)侧压、断层一般(运输巷)(运输巷)侧压、超压一般(中间巷道)(中间巷道)断层一般(腰巷)(腰巷)断层一般.回采期间 工作面回采期间冲击地压危险主要由断层、工作面见方和来压造成 工作面两巷揭露部分断层存在冲击地压危险性 工作面来压步距为 周期来压步距为 初次来压和周期来压时工作面矿压显现剧烈存在冲击的地压危险 工作面回采期间共划分为 个危险区域(个较强危险、个一般危险)情况如表 所示表 工作面回采期间冲击危险区域序号与切眼距离/危险区范围/原因危险程度距胶带顺槽 (切眼)(切眼)断层一般(运输巷)(运输巷)初压一般续表序号与切眼距离/危险区范围/原因危险程度(回风巷)(回风巷)初压一般(中间巷道)(中间巷道)断层一般(运输巷)(运输巷)见方一般(回风巷)(回风巷)见方一般(运输巷)(运输巷)见方、断层一般(腰巷)(腰巷)断层一般(运输巷)(运输巷)断层一般(回风巷)(回风巷)断层一般(运输巷)(运输巷)断层一般(运输巷)(运输巷)侧压、煤柱、断层 较强 工程缺陷结构防治冲击地压.机理分析通过人为手段制造工程缺陷在冲击能量积聚的过程中提高耗散速率减少冲击能量在煤岩体中的积聚将冲击能量控制在安全范围消除冲击危险 在巷道高应力分布侧制造工程缺陷在工程缺陷与使用巷道中间人为制造破碎带使工程缺陷与破碎区形成整体缺陷结构如图 所示图 工程缺陷力学模型由图 可知为未采用工程缺陷结构时巷道高集中应力侧垂直应力分布为采用工程缺陷结构后巷道高集中应力侧垂直应力分布 当采用工程缺陷结构时近巷道侧的垂直应力大幅度减少峰值向深部转移.数值模拟采用 模拟工程缺陷结构在防治冲击地压中的作用建立 的力学模型垂直方向施加 应力材料参数如表 所示表 工作面运输巷材料参数岩层弹性模量/密度(/)摩擦角()黏结力/抗拉强度/抗压强度/上覆岩层.基本顶.直接顶.煤.直接底.基本底.采用 模拟 工作面采用工程缺陷结构防治发生冲击地压后围岩应力的分布情况模拟结果如图 所示()主应力图 ()声发射图图 工程缺陷结构防冲数值模拟由图 可知在使用巷道高应力分布侧人为制造工程缺陷后巷道应力向卸压巷转移煤岩体的变形破坏主要集中在卸压巷巷道煤岩体没有出现应力集中的现象巷道围岩的稳定性较好未出现较大范围的变形破坏 因此工程缺陷结构起到了较好的保护作用 工程实践 工作面通过人为制造缺陷结构防治冲击地压在巷道上方煤岩体中开挖卸压巷并在两巷煤柱间采用钻孔爆破等对使用巷道卸压如图 所示图 工程缺陷结构防冲示意图在 工作面运输巷顶板上方 左右开挖一条.卸压巷巷道长度 与运输巷煤柱的距离为 在运输巷布置三排大直径钻孔孔径、孔深及间距分别为、在卸压巷进行钻孔爆破孔径、孔深及间距分别为、正向装药 孔同时起爆 通过大直径钻孔和钻孔爆破将两巷煤体导通与卸压巷形成整体工程缺陷结构将运输巷煤岩体集中的能量提前释放消除冲击地压危险 效果检验 工作面在布置工程缺陷结构进行卸压后采用钻屑法对卸压效果进行验证 随机选取一组中 个监测钻孔监测结果如表 所示表 钻屑法监测结果 孔深编号 煤粉钻屑量(/).续表 孔深编号 煤粉钻屑量(/).由表 可知 工作面两巷卸压后 个监测钻孔在相同深度时钻屑量基本一致 当钻孔深度为 时平均钻屑量均在./上下最大值未超过冲击地压危险临界值./因此工程缺陷法防治冲击地压的效果较好能够提前释放煤岩体积聚的能量消除冲击地压危险 结论 工作面主采的 煤层具有强冲击倾向性结合工作面的地质构造和矿压显现等因素巷道掘进期间划分 个危险区域、回采期间划分 个危险区域根据冲击能量理论提出通过人为手段制造工程缺陷在冲击能量积聚过程中提高耗散速率消除冲击危险采用 模拟工程缺陷结构在防治冲击地压中的作用根据模拟结果可知人为制造工程缺陷后煤岩体的变形破坏主要集中在缺陷结构周围使用巷道未出现较大范围的变形破坏工程缺陷结构起到较好的保护作用在 工作面采用人为制造缺陷结构卸压后通过钻屑法监测煤粉量可知最大钻屑量未超过冲击地压危险临界值./卸压效果良好消除了冲击地压危险参考文献:彭雨杰.巷道掘进全过程冲击失稳规律研究.中国矿业大学.吕大钊亢晓涛聂书遥.冲击地压煤层大型构造区巷道掘进防冲技术研究与应用.煤矿现代化():.李跃文温颖远曹安业等.坚硬顶板邻空巷道掘进冲击地压防治技术.煤矿安全():.李博.深部煤层掘进巷道冲击地压孕育机制与防治研究.山东科技大学.杜小伟.综合防冲技术在冲击地压煤层巷道掘进中的应用.煤炭与化工():.舒凑先魏全德刘涛等.强冲击厚煤层上保护层尖灭区域冲击地压防治技术.煤矿安全():.作者简介:路富鹏()男 山西大同人 本科 助理工程师 从事冲击地压防治工作