濟(jì)三煤礦深部采區(qū)沖擊礦壓綜合治理技術(shù)＊

呂建為 牟宗龍

(1.兗礦集團(tuán)公司生產(chǎn)技術(shù)部,山東省鄒城市,273502;2.兗礦集團(tuán)有限公司博士后工作站,山東省鄒城市,273503;3.中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇省徐州市,221116)

濟(jì)三煤礦深部采區(qū)沖擊礦壓綜合治理技術(shù)＊

呂建為1牟宗龍2,3

(1.兗礦集團(tuán)公司生產(chǎn)技術(shù)部,山東省鄒城市,273502;2.兗礦集團(tuán)有限公司博士后工作站,山東省鄒城市,273503;3.中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇省徐州市,221116)

根據(jù)濟(jì)三煤礦地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件,分析確定深部六采區(qū)6303工作面具有中等沖擊危險性,沖擊危險指數(shù)為0.63。針對此,在6303工作面開采期間采取了煤體大直徑鉆孔卸壓、煤體爆破卸壓和頂板預(yù)裂爆破等幾項技術(shù)措施,并配合采用鉆屑法、電磁輻射法和鉆孔窺視儀檢測法對治理效果進(jìn)行了檢驗,結(jié)果表明,幾項技術(shù)措施的實施降低了煤體和頂板的沖擊危險性。

沖擊礦壓 影響因素 堅硬頂板 濟(jì)三煤礦

1 概況

2 沖擊礦壓影響因素分析

沖擊礦壓發(fā)生的原因是多方面的,總體上可分為3類,即自然因素、技術(shù)因素和組織管理因素。根據(jù)濟(jì)三煤礦6303工作面地質(zhì)條件及生產(chǎn)技術(shù)條件,經(jīng)綜合指數(shù)法分析,確定6303工作面的沖擊礦壓危險指數(shù)為0.63,故屬于中等沖擊危險工作面。其主要沖擊影響因素見表1。

表1 沖擊影響因素分析表

3 沖擊礦壓危險的綜合治理技術(shù)措施

3.1 鉆孔卸壓

依據(jù)對沖擊危險性的分析及電磁輻射危險狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果,在工作面前方輔助回風(fēng)巷1500 m點施工卸壓鉆孔,釋放聚集在煤體中的彈性變形能,同時鉆孔在煤體內(nèi)形成卸壓帶,使煤體產(chǎn)生松動,降低煤體集中的高應(yīng)力,減弱或消除沖擊危險。6303工作面輔助回風(fēng)巷共施工卸壓鉆孔6個,深度8.3～18.5 m,孔徑為56 mm、110 mm和130 mm。由于煤體內(nèi)應(yīng)力集中程度較高,因此在施工卸壓鉆孔時較困難,施鉆過程中常出現(xiàn)卡鉆、抽取鉆桿困難和孔內(nèi)頻繁出現(xiàn)煤炮聲等現(xiàn)象,這說明煤體內(nèi)存在較大的壓力,煤體深部存在沖擊危險。隨后在施工小直徑爆破鉆孔時,在鉆孔卸壓區(qū)附近打鉆容易,煤粉量很低,說明鉆孔卸壓有較好效果。

3.2 煤體卸壓爆破

對于應(yīng)力集中程度較高且已具有沖擊危險的煤層,常采用煤體卸壓爆破以減緩應(yīng)力集中程度。該措施能在煤體中產(chǎn)生大量裂隙,改變煤體的力學(xué)性質(zhì),降低煤體整體彈性模量和強(qiáng)度,減少彈性能的聚集,破壞沖擊礦壓發(fā)生的能量和強(qiáng)度條件。

在6303工作面前方150～200 m范圍內(nèi)輔助回風(fēng)巷進(jìn)行了煤體卸壓爆破。采用煤電鉆施工煤幫炮眼,鉆桿為麻花鉆桿,鉆頭直徑為42 mm。炮眼距底板1.2 m,炮眼深度為10 m,間距為4 m,呈單排布置,炮眼垂直煤幫并平行于煤層,裝藥6.0 m,封孔長度為3～3.5 m,水膠炸藥配合毫秒延期,第1段使用電雷管制作炮頭,采用FMB-200型發(fā)爆器起爆,炮眼布置結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 爆破鉆孔裝藥示意圖

3.3 頂板預(yù)裂爆破

理論證明,煤巖體內(nèi)聚集的彈性勢能與頂板懸頂長度的5次方成正比。由于六采區(qū)頂板厚而堅硬,鄰近6302工作面采空區(qū)側(cè)的輔助回風(fēng)巷頂板存在大范圍懸頂,聚集了大量的彈性勢能,因受到采動影響,懸頂發(fā)生斷裂下沉,釋放大量的震動能量,從而引發(fā)沖擊礦壓。

因此,采用破壞頂板的完整性,減小采空區(qū)的懸頂長度等措施,可減小頂板對沖擊礦壓發(fā)生的影響。爆破采用錨桿鉆機(jī)施工,鉆桿為1.5 m六角中空鋼釬,鉆頭直徑為30.5 mm。炮眼深度為10.0 m,間距為3.0 m,炮眼距6302工作面采空區(qū)側(cè)煤幫300 mm,朝向采空區(qū),與水平方向成75°夾角,呈單排布置,見圖2。

炮眼裝炮、封孔及引爆等工藝同煤體卸壓爆破各項工藝。

圖2 炮眼布置示意圖

4 治理效果

在6303工作面沖擊礦壓治理過程中,同時采用鉆屑法、電磁輻射法和頂板裂隙觀測法檢測爆破卸壓和解危效果。

鉆屑量監(jiān)測結(jié)果表明,大直徑鉆孔卸壓和爆破卸壓前的煤粉量超過預(yù)先確定的臨界值,在鉆孔施工過程中,有明顯的卡鉆、吸鉆和鉆進(jìn)困難等異?，F(xiàn)象;卸壓后,煤粉量大為降低,沒有超過臨界煤粉量,施工過程正常,沒有卡鉆和吸鉆等現(xiàn)象,說明煤體內(nèi)聚集的應(yīng)力和能量得到了有效釋放,沖擊危險性明顯降低。電磁輻射監(jiān)測結(jié)果表明,爆破卸壓前,電磁輻射強(qiáng)度、脈沖數(shù)值均較高;卸壓后,兩者都明顯降低。

采用鉆孔窺視儀觀測頂板預(yù)裂爆破效果,結(jié)果表明:在爆破區(qū)域附近的頂板巖層發(fā)生明顯破壞,產(chǎn)生縱向裂隙,兩相鄰鉆孔之間的裂隙互相貫通。其它未爆破區(qū)域內(nèi)的頂板巖層未發(fā)生破壞,鉆孔孔壁光滑完整。通過此次爆破,使6302工作面采空區(qū)上方的頂板產(chǎn)生裂隙,破壞了工作面上方堅硬頂板的完整性,當(dāng)回采過程中頂板彎曲下沉?xí)r,堅硬頂板在裂隙處斷裂,有效釋放了聚集在頂板中的彈性勢能,降低了堅硬頂板巖層在回采過程中自然斷裂產(chǎn)生強(qiáng)烈震動而誘發(fā)沖擊礦壓的危險性。

5 結(jié)論

(1)濟(jì)三煤礦深部六采區(qū)具有中等沖擊危險性,其主要影響因素為大采深、堅硬厚層砂巖頂板、煤層具有沖擊傾向性、構(gòu)造應(yīng)力等地質(zhì)因素和鄰近采空區(qū)等開采技術(shù)因素。

(2)通過采用煤體大直徑鉆孔卸壓、煤體爆破卸壓和頂板預(yù)裂爆破技術(shù)措施,釋放了煤體積聚的彈性能量,破壞了頂板的整體性,降低了頂板懸頂對煤體的夾持應(yīng)力和由頂板斷裂引起的震動沖擊,使沖擊危險性大幅降低。

[1] 何滿潮,謝和平,彭蘇萍等.深部開采巖體力學(xué)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005(16)

[2] 何滿潮.深部的概念體系及工程評價指標(biāo)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005(16)

[3] 竇林名,何學(xué)秋.沖擊礦壓防治理論與技術(shù)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001

[4] 竇林名,陸菜平,牟宗龍等.沖擊礦壓的強(qiáng)度弱化減沖理論及其應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報,2005(6)

[5] 牟宗龍,竇林名,張廣文等.堅硬頂板型沖擊礦壓災(zāi)害防治研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006(6)

Comprehensive treating techniques of mine impact pressure at depth mining area of Jining No.3 Coal Mine

Lv Jianwei1,Mu Zonglong2,3
(1.Production and Technical Department of Yankuang Group,Zoucheng,Shandong Province 273502,China;2.Postoctoral Working Station of Yankuang Group,Zoucheng,Shandong Province 273503,China;3.the State Key Laboratory for Coal Resource and Safe Mining,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu Province 221116,China)

Based on the geological condition and mining technical condition of Jining No.3 coal mine,analysis of impact risks at 6303 mining face of No.6 depth mining district is made.The result show s that,the mining face has medium grade impact risks with 0.63 impact risk index.The key factors affecting impact risks are:big mining depth,hard and thick sandstone layer roof,coal-seam has the feature of impact orientation,structural stress and gob areas adjacent to it.Based on the above,several technical measures have been taken through coal pressure releasing by drilling big diameter holes,coal seam blasting and roof p re-cracking blasting etc.The above treating results have been proved by using drillings method,electromagnetic radiation method,and peephole inspection method.The application result show s that,the imp lementing of the above measures has reduced impact risks of coal and roof.

mine impact pressure,affecting factors,hard roof,Jining No.3 Coal Mine

TD324

A

中國礦業(yè)大學(xué)科技基金(青年)資助項目(2007A 004);中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室開放研究基金項目(08KF09)。

呂建為(1969-),男,山東巨野人,碩士,山東科技大學(xué)采礦工程專業(yè)畢業(yè),長期從事采煤技術(shù)管理工作。

(責(zé)任編輯 梁子榮)