工作面沖擊地壓治理研究與應(yīng)用

陳為強(qiáng)++申晨

摘要： 沖擊地壓誘發(fā)因素較多，一般可以分為三類，即自然的、技術(shù)的和組織管理方面的因素，技術(shù)因素中主要是開采引起局部應(yīng)力集中和采動(dòng)壓力大等。其主要原因是開采系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或不完善，或在堅(jiān)硬頂板條件下，開采導(dǎo)致較大的懸頂，造成較大的應(yīng)力集中。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；爆破；頂板；垮落

中圖分類號(hào)：TD82-9 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A 文章編號(hào)：1001-828X（2016）016-000-01

一、工作面基本情況

W1121工作面傾斜長(zhǎng)度152m，可采走向長(zhǎng)度1424m，采高3.2m，放煤厚度6.3m，可采面積216448㎡，工作面傾角平均14°，工作面回采率82%。B2煤層是穩(wěn)定型的特厚煤層.

二、工作面沖擊地壓治理方案

W1121工作面為3號(hào)煤礦首采綜放工作面， W1121工作面沖擊地壓防治措施將從頂板、煤層兩方面進(jìn)行治理，即頂板處理方案和煤層處理方案。頂板處理方案包括：高壓水力定向致裂、超前深孔爆破；煤層處理方案包括：煤層注水、煤層深孔松動(dòng)爆破、大直徑空孔、煤體卸壓爆破。

（一）頂板處理方案

1.超前深孔預(yù)裂爆破

（1）頂板處理高度的確定

W1121工作面采高按平均為Hc=9m，設(shè)頂板崩落厚度為Hx，巖石碎脹系數(shù)為ξ=1.4，為保證冒落頂板能完全充填采空區(qū)，根據(jù)公式計(jì)算的Hx=9/（1.4-1）=22.5m。

根據(jù)3號(hào)煤礦地質(zhì)條件，B2煤層上部33m處為B3煤層，依據(jù)頂板處理高度的計(jì)算，為留有一定的富余系數(shù)，初步暫定W1121工作面頂板巖層處理范圍為沿工作面頂板至上方25m的垂直高度。由于下部25m是垮落區(qū)存在一定的空隙，剩余的8m巖石在自然垮落后產(chǎn)生的壓力，會(huì)得到有效的降解，不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊危險(xiǎn)性。

（2）爆破參數(shù)的確定

①炮孔直徑

采用深孔爆破弱化頂板，一般炮孔直徑在50mm～80mm。當(dāng)炮孔直徑較小時(shí)，裝藥比較困難，而且爆破影響范圍與炮孔爆破直徑成正比關(guān)系，炮孔孔徑小爆破效果較差，但當(dāng)炮孔直徑太大時(shí)，封泥困難，會(huì)影響爆破效果。W1121工作面深孔爆破炮孔直徑定為Φ75mm。

②組內(nèi)炮孔間距

炸藥爆炸后，從爆源向外依次形成壓碎區(qū)、裂隙區(qū)和震動(dòng)區(qū)。計(jì)算爆破作用下產(chǎn)生的裂隙區(qū)范圍，可以確定合理的炮孔間距。

不耦合裝藥爆破，作用于孔壁上的徑向應(yīng)力峰值，根據(jù)初始沖擊壓力Pr顯示，、D—分別為炸藥密度和爆速：=1.27×103kg/m3，根據(jù)三級(jí)煤礦許用乳化炸藥性能指標(biāo)及規(guī)格，爆速≥2.8×103 m/s， 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值爆速取值D=4400m/s；

dc、db—分別為炸藥和炮孔直徑，為Φ60mm和Φ75mm；n—爆生氣體碰撞巖壁時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力增大倍數(shù)，n=8～12，取12。

式中：巖石的泊松比v=0.2，抗拉強(qiáng)度σt=7.48MPa，三號(hào)乳化炸藥密度=1.27g/cm3，衰減指數(shù)a=1.3。說(shuō)明在炮眼直徑為Φ75mm，藥卷直徑在Φ60mm的情況下，炸藥爆炸后形成的裂隙區(qū)半徑為3194mm，直徑為6388mm。則組內(nèi)炮眼間距取6000～7000mm。

根據(jù)上述頂板的力學(xué)參數(shù)和3號(hào)乳化炸藥性能參數(shù)，計(jì)算結(jié)果為裂隙區(qū)直徑大于7000mm。因此，在保證足夠安全的情況下，同時(shí)使工作面頂板產(chǎn)生預(yù)裂，達(dá)到頂板無(wú)法出現(xiàn)應(yīng)力集中的前提下，因此此次組炮間距定為12000mm。

③炮孔深度

炮孔深度主要由頂板的厚度、工作面長(zhǎng)度、煤層傾角、孔底距離、孔口距離確定，確定方法是根據(jù)這些參數(shù)用做圖法進(jìn)行確定。而炮孔深度不能太深，如炮孔太長(zhǎng)在裝藥中會(huì)增加很大的困難，且容易出現(xiàn)“卡孔”現(xiàn)象。

④封孔長(zhǎng)度

柱狀藥包爆破時(shí)，煤巖體抗爆能力隨炮孔深度增加而增加，而炸藥爆煤巖能力與封孔長(zhǎng)度和煤巖體抗爆強(qiáng)度有關(guān)。若封孔長(zhǎng)度過(guò)短，抗爆能力降低，在爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生拋擲漏斗影響爆破效果，特別是將破壞順槽的穩(wěn)定與支護(hù)。

根據(jù)一般情況考慮，深孔爆破時(shí)封孔長(zhǎng)度應(yīng)為孔深的25～30%，但考慮到爆破點(diǎn)距煤層頂板較近，容易造成架前漏頂事故，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)爆破點(diǎn)應(yīng)控制在煤層頂板上方4m以上。

⑤炮眼采用ZDY-1000型全液壓坑道鉆機(jī)施工，鉆頭為Φ75mm合金鋼鉆頭。

2.頂板超前預(yù)裂

煤層頂板是影響沖擊地壓發(fā)生的最重要因素之一。頂板爆破就是將頂板破斷，降低其強(qiáng)度，釋放因壓力而聚集的能量，減少對(duì)煤層和支架的沖擊振動(dòng)。在頂板彎曲下沉?xí)r，在條痕處形成拉應(yīng)力而斷裂。目前超前預(yù)裂爆破技術(shù)在我礦使用較成熟，在W1121工作面將繼續(xù)使用該項(xiàng)技術(shù)處理頂板。

具體施工參數(shù)：

（1）設(shè)備及工具

鉆機(jī)的型號(hào)：ZDY1000煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)，鉆機(jī)及配套鉆桿。

（2）炮孔布置及參數(shù)

超前開切眼10m處起，每12m一組炮孔，炮眼布置垂直于巷道中心線，確保預(yù)爆破超前工作面80m。

（3）裝藥參數(shù)及結(jié)構(gòu)

鉆孔采用黃土和水泥錨固劑聯(lián)合封孔。同組1#、2#、3#炮孔必須在全部施工完畢后再進(jìn)行起爆，上、下順槽炮嚴(yán)禁同時(shí)起爆，同組1#、2#、3#炮孔應(yīng)采用孔內(nèi)并聯(lián)空外串聯(lián)的爆破方式一次爆破。隨工作面推進(jìn)循環(huán)實(shí)施鉆眼放炮工作。

（二）上、下端頭超前預(yù)裂爆破

1.端頭超前欲裂爆破原理

為確保工作面在正常回采期間滿足頂板隨采隨冒，避免尾巷超長(zhǎng)導(dǎo)致懸頂及時(shí)的釋放頂板彈性能，因此對(duì)工作面上下端頭頂板進(jìn)行超前預(yù)裂爆破。

2.炮孔布置及施工

（1）炮孔布置

端頭超前預(yù)裂孔分別布置在上順槽靠上幫開始施工，下順槽靠上幫開始施工。每組施工兩個(gè)鉆孔，孔深20m步距5m。

（2）鉆機(jī)型號(hào)

鉆機(jī)型號(hào)：ZDY1000煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)，鉆機(jī)及配套鉆桿。

鉆孔采用黃土和水泥錨固劑聯(lián)合封孔。同組1#、2#炮孔必須在全部施工完畢后再進(jìn)行起爆，上、下順槽炮嚴(yán)禁同時(shí)起爆，同組1#、2#炮孔應(yīng)采用孔內(nèi)并聯(lián)空外串聯(lián)的爆破方式一次爆破。

三、效果

（一）頂板垮落效果檢驗(yàn)

微震法。通過(guò)微震對(duì)頂板微震事件的定位和能量分析，確定采空區(qū)后覆巖活動(dòng)和垮落特征。

鉆孔窺視法。通過(guò)兩個(gè)順槽端頭或工作面，施工采空區(qū)方向的鉆孔，利用鉆孔窺視儀進(jìn)行觀測(cè)頂板的垮冒情況。

（二）煤體沖擊危險(xiǎn)性解危效果

通過(guò)微震監(jiān)測(cè)、電磁輻射監(jiān)測(cè)、鉆屑監(jiān)測(cè)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

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