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南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用

作者:李伟  
评论: 更新日期:2012年03月27日

     在回采93上04工作面中,中间巷掘进形成很大的支承压力,如图2中1号曲线所示。图3中1 号线是采空区见方期间的应力曲线,2号曲线是基预周期来压期间的应力曲线,3号线是基本顶岩渤次断裂阶段的应力曲线。

  93上04中间巷所处的采动应力场包含沿走向分布超前支承压力和沿倾向的侧向支承压力。随着93上04工作面的开采,在不同阶段中,图2的倾向支撑压力与图3走向分布的超前支承压力在一定范范围内叠加,产生很大的应力,共同作用于中间巷煤岩体上,如果叠加应力值达到冲击临界值,则很可能诱发冲击地压。

4.冲击地压治理的措施 

根据施工技术、现场工作实际、施工观测记录和现场劳动组织管理,南屯煤矿建立了具有南屯煤  矿特色的“评价预测、实用解危、效果检验、安全研采”四位一体的冲击地压防治体系,如图4所示。

4.1  冲击地压的评价及预测 
  根据对南屯煤矿实际情况的分析和目前预测预报的研究成果,该矿采取了煤岩体冲击倾向鉴定、煤层压力一变形观测、数值计算、综合指数计算、煤粉钻孔、电测辐射监测等方法进行了冲击地压的评价及预测,并取得了良好效果。

4.1.1  煤岩体冲击倾向鉴定 
  判别煤层和围岩冲击倾向的强弱,是预测和防治工作的基础。冲击倾向性是煤岩介质产生冲击破坏的固有能力或属性,是冲击地压发生的必要条件。根据煤科总院北京开采所岩石力学实验室对南  屯煤矿3.煤层冲击倾向性进行的鉴定结果,判定南屯煤矿3.煤层具有强冲击倾向性。

4。1.2综合指数法 
  综合指数法是在分析各种采矿地质影响冲击地压发生因素的基础上,确定采掘工作面周围采矿地质条件的每个因数对冲击地压的影响程度,以及确定各个因数对冲击地压危险状态影响的指数,将其综合起来就可以形成冲击地压危险状态等级评定的综合指数法。冲击矿压危险状态是随着采矿地质条件的变化而在时间和空问上发生变化的,综合考虑南屯煤矿的实际情况,得出确定冲击地压危险程度的综合指数为0.84,有强冲击危险;下一步工作面的开采工作应与该危险状态下的冲击地压防治措施一起进行。

4.1.3•钻屑法及电磁辐射监测法 
  预测冲击地压的常规方法主要根据2个条件,一是煤的冲击倾向,二是支承压力带特征,即支承  压力峰值大小及其距煤壁的远近。如果支承压力参数达到临界值,并且煤层又具有冲击倾向,那么冲击地压就有可能发生。而支承压力带参数的测定,一般多采用钻屑法探测。煤岩体的受载变形破坏过程及原岩应力区的重新分布变化,一般采用电磁辐射技术探测。此2项预测预报方法在该矿局域性冲击地压危险预报中得到广泛应用。

4.2实用解危措施 
  煤矿冲击地压防治措施的主要原则是及时查明冲击危险煤层,及时采取综合防治措施,包括区域性防范措施和局部性解危措施。该矿在区域性防范措施中主要采用了煤层注水,在局部性解危措施中主要采用了卸压爆破、钻孔卸压等方法。 
  
4.2.1  煤层注水 
  煤层注水可以使煤的结构发生改变,降低煤体的强度;使得煤体积蓄弹性能的能力下降,以塑性变形能方式消耗弹性能的能力增加。通过现场矿压观测记录的数据可知:煤层注水后,工作面支承压力的峰值降低,应力集中系数明显降低,顶板下沉速度明显增加,煤层的普氏系数降低,塑性增加。煤层注水可有效防治和减弱冲击地压的危险性。结合93 上04工作面的实际生产和管理情况,煤层注水采用与工作面煤壁平行的长钻孔高压注水法。注水和采煤工作基本保持同步作业,但一定保证注水的超前时间应低于3个月,因为随着时间的推移,注水效果会降低。这种方法可以最大限度地使用机械,而且注水工作可在冲击地压危险区域外进行,比较适合该矿这种具有强冲击倾向的复合煤层。 

4.2.2  卸压爆破 
  卸压爆破是对电磁辐射技术和钻屑法确定的冲击危险煤体,采用爆破的方法减缓其应力集中程度的一种解危措施。卸压爆破属于内部爆破,主要作用是使煤层产生大量裂隙,使煤体的力学性质发生变化,弹性模量减小,强度降低,弹性能减少,局部解除冲击地压发生的强度条件和能量条件。在实施卸压爆破前必须先进行钻屑法检测,确认有冲击地压危险时才能进行卸压爆破,爆破后还要用钻屑法检查泄压效果,此方法在该矿得到具体应用。 

4.2.3  钻孔卸压 
  采用钻孔卸压可以释放煤体中积聚的弹性能,消除应力升高区。顶板岩层作用在煤体上,工作面前方煤体所受的压力将有比较大的升高,而钻孔卸压通过钻孔使原来作用于周边围岩的高应力向卸压区以外的岩体深部转移。钻孔卸压的实质是利用高应力条件下,煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体,使煤层泄压、释放能量,消除冲击危险。该矿钻孔卸压施工方式为:采用TXU一75型钻机打卸压钻孔,采用长1.5 m的钻杆,钻头直径115m m,钻孔以3 m的间距布置,孔深10 m,孔距底板1.2 m左右,单排布置,钻孔方向与巷道煤帮垂直。此种方法在该矿也得到了具体应用。

4.3冲击地压治理效果检验 
  对于冲击地压解危措施效果检验主要是利用电磁辐射法和钻屑法

4.3.1  钻屑法 
  煤的冲击倾向性和支承应力带特征是预测冲,地压的主要依据。煤的冲击倾向性是煤(岩)一 
产生冲击破坏的固有属性,可由实验室测定。支承压力分布带特征,即支承压力峰值大小及其距煤的远近,支承压力带参数的测定,一般可采用钻屑;探测。如果支承压力指数达到临界值,且煤层又有中等以上冲击倾向性,冲击地压就可能发生。操作中如果检测到的煤粉量超过以上临界指标,或, 现卡钻、吸钻、异响等动力现象,应认为煤体处于临界危险状态,必须立即采取解危措施。

4。3。2  电磁辐射监测 
  煤岩电磁辐射是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的一种现象,与煤岩体的变形破裂
过程密切相关。掘进或回采空间形成后,工作面媒体失去应力平衡,处于不稳定状态,煤壁中的煤体必然要发生变形和破裂,以向新的应力平衡状态过渡;煤体中的瓦斯也失去动态平衡,在瓦斯压力梯度的作用下,沿煤体中的裂隙向工作面空问涌出这2种过程均会引起电磁辐射。电磁辐射信息综合反映了冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象的主要影响因素。其中,电磁辐射强度主要反映了煤岩体的受载程度及变形破裂强度,脉冲数主要反映了煤岩体变形及微破裂的频次。操作中,辐射的脉冲数及强度临界值应根据测试地点的实际情况进行相应设定。

5  结  论 
  通过理论学习和现场实践,提出实用的冲击地压的评价及预测方法、实用解危措施和相应冲击] 
压治理效果检验措施以及冲击地压应急预案。通过生产实践证明,这些方法和措施具有良好效果,j在此基础上建立了具有南屯煤矿特色的四位一体的冲击地压防治体系,在93上04工作面生产期问有发生造成人员伤亡的冲击地压事故,保证了有冲击倾向复合煤层的安全开采。 

参考文献: 
[1]  姜福兴,杨淑华,xun Luo.微地震监测揭示的采场围岩空 间破裂形态[J],煤炭学报,2003(4).
[2]  李世愚,和雪松,张少泉,等.矿山地震监测技术的进展及最新成果[J].地球物理学进展,2004(19).
 

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