冲击矿压工作面卸压巷卸压法探讨.pdf

- 1 - 冲击矿压工作面卸压巷卸压法探讨冲击矿压工作面卸压巷卸压法探讨 1 张小涛，窦林名 中国矿业大学，矿山开采与安全教育部重点实验室（221008） E-mailcumtzxt 摘摘 要要 介绍了卸压巷的卸压原理以及冲击危险面常用的一些卸压解危方法。提出了将卸 压巷卸压法应用于冲击矿压工作面， 并通过现场应用和采用电磁辐射技术对其卸压效果进行 了检验。 通过实际应用说明采用卸压巷能够对冲击矿压工作面起到比较好的卸压效果， 为冲 击矿压的防治提供了一种可行措施。 关键词关键词卸压巷，冲击矿压，电磁辐射 1. 前前 言言 冲击矿压是矿山开采中发生的煤岩动力现象之一。 冲击矿压是压力超过煤岩体的强度极 限，聚集在巷道周围煤岩体中的能量突然释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷 道，同时发生强烈声响，造成煤岩体振动和煤岩体破坏，支架与设备损坏，人员伤亡，部分 巷道垮落破坏等[1]。因此，预防和减小冲击矿压的危险性对矿山安全生产和经济效益就显得 尤为重要和紧迫。 释放和减少煤岩体中积聚的弹性能对于冲击矿压的产生和防治有着极为重 要的意义。在解除或降低煤岩体所受应力方面，经过多年的研究和实践，已经提出了许多方 法，来改变煤层及其围岩的物理力学性质,降低其所受应力。如采用煤层高压注水法、震动 爆破法、 煤体钻孔法等有效的方法。 而利用卸压巷进行卸压这一方法被用在很多条件下进行 卸压， 并且通过多个工程实例证实其是一种行之有效的卸压方法。 因此可以在具有冲击矿压 危险的工作面采取卸压巷这一措施来降低危险性。 2. 冲击危险工作面常用的卸压解危方法冲击危险工作面常用的卸压解危方法 2.1 煤层注水煤层注水 煤层注水是通过高压向煤体注水， 以改变煤体的物理性质及在煤岩体周围产生裂缝， 起 到降低煤体抗压强度和破坏原有结构以释放积聚的能量降低所受应力的目的。 大量的研究表 明，煤系地层岩层的单向抗压强度随着其含水量的增加而降低。 2.2 爆破卸压爆破卸压 爆破卸压是通过在煤岩体中实施钻孔及爆破来改变应力分布从而起到卸压的目的一种 卸压措施。在回采工作面及上下两巷，振动爆破能最大限度地释放积聚在煤体中的弹性能， 1本课题得到教育部博士点基金项目（20030290017）；国家自然科学基金资助项目（50474068, 50074030, 50490273） - 2 - 在工作面附近及巷道两帮形成卸压破坏区， 使压力升高区向煤体深部转移。 振动爆破的合理 布置及合理的装药量， 不仅形成岩体震动， 在一定程度上形成煤体的松动带， 而且落煤方便。 卸压爆破是冲击矿压解危措施中最常用的一种方法。 2.3 钻孔卸压钻孔卸压 采用煤体钻孔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。 这种方式的卸压过程是以巷道周边岩体的完整结构 被破坏为代价的。 3. 卸压巷卸压法的原理卸压巷卸压法的原理 掘巷卸压法就是在被保护巷道和硐室附近围岩中开掘卸压巷 （槽） 使被保护巷道和硐室 处于应力降低区，从而提高围岩的稳定性，减小围岩变形[2]。利用卸压巷硐卸压方法的实质 是， 在被保护的巷道附近 （通常是在其上部、 一侧或两侧） 开掘专门用于卸压的巷道或硐室。 转移附近煤层开采的采动影响， 促使采动引起的应力再次重新分布， 最终使被保护巷道处于 开掘卸压巷硐而形成的应力降低区内[3]。同时也可以使煤体中积聚的弹性能能够得到释放。 卸压巷卸压法一般分为两种顶部卸压法和侧帮卸压法（如图 1[2]）。 在巷道顶部布置卸压巷硐时，卸压巷硐的宽度 L 及其与被保护巷道的垂直距 h 是影响 卸压效果的主要参数。 一般情况下， 卸压巷硐与被保护巷道间的垂直距不应小于卸压巷硐底 板破坏深度与至少 2m 的安全岩柱之和。依据卸压巷硐与被保护巷道间的垂距和支承压力传 递影响角，卸压巷硐的宽度应确保被保护巷道在其形成的应力降低区内。 巷道开挖后， 在弹性应力条件下巷道断面围岩中的最大应力是周边的切向应力， 且周边 应力的大小和 E、μ弹性参数无关。图 2（a）表示矩形孔周围的正应力分布，图 2（b）表 示矩形孔周围最大切应力的分布[2]。 ab 图 1 卸压巷卸压法 图 2 矩形孔周围应力分布图 a顶部卸压法；b侧帮卸压法 a正应力； b切向应力 如果将被保护巷道布置在卸压巷的下面， 也就是在卸压巷周围应力较小的地区， 那么被 保护巷道就处于应力相对较小的地方， 煤岩体中的弹性能也相对较低。 同时卸压巷的开掘也 可以释放煤岩体中积聚的一部分的弹性能。冲击矿压大多数发生在巷道（72.6），回采工 作面则很少（27.4）[1]。这样冲击矿压工作面回采过程中的冲击危险性就将有所降低。 - 3 - 4. 现场应用现场应用 4.1. 工程地质条件概述工程地质条件概述 东滩煤矿 143 上 06（西）工作面位于十四采区西翼中部，东西走向布置。切眼西侧与 14315 综放面采空区相邻（隔离煤柱宽度为 3 米）；东至十四采区运输机上山西 90 米为本 采区设计停采线；北邻 143 上 07 综放工作面采空区；南邻 143 上 05 综放工作面采空区； 本面走向中段上部为 143 上 06-1 采空区。工作面走向回采长度 1349.60m，倾斜长度为 144.5m。煤层平均厚度 5.50m，采煤高度为 2.8m。 分三个块段，采用先综放，后二分层，再综放的开采形式。 为了降低运输顺槽所受的应力，减小巷道变形和释放在运输顺槽上方的 143 上 06-1 切 眼位置以西沿 3 上煤顶板施工了一条 80m 长的卸压巷，卸压巷与顺槽上下重叠。 143 上 06 西 143 上 07 西 切 眼 143上06西运顺 143上0 切 5综放面采空区 运输顺槽 卸压槽 卸压槽布置 示意图 卸压巷 运输顺槽 a b 图 3 卸压巷布置示意图 a位置图 b剖面图 4.2. 卸压效果的电磁辐射法检验卸压效果的电磁辐射法检验 在工作面回采过程中， 通过电磁辐射对工作面、 轨道顺槽和运输顺槽进行了顶点电磁辐 射监测。 研究表明，受载煤岩体在其变形破坏过程中将产生电磁辐射，其强弱与煤岩体受 力大小、变形破裂过程紧密相关。因此，电磁辐射可用来预测冲击矿压、煤与瓦斯突出等煤 岩灾害动力现象。 其主要参数是电磁辐射强度和脉冲数， 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。 而关键层的剧烈 运动，使得煤体受力变化幅度大，煤体破裂剧烈，这将引起工作面及其周围巷道内电磁辐射 的全面升高。 通过监测到的电磁辐射数据， 在卸压巷开掘的范围内运输顺槽电磁辐射的幅值很低 （图 4，图 5），这说明运输顺槽所受的应力较低，煤岩体中所积聚弹性能得到了释放，卸压巷 起到了一定的卸压效果。 在图 4 中， 工作面前方 48m 以后运输顺槽进入卸压巷的下部。 由图可以明显的看出电磁 辐射的幅值在进入卸压巷的下部后有明显的下降， 这说明其所承受的应力相对来说要小。 图 5 中，运输顺槽已经全部位于卸压巷的下部，电磁辐射的幅值很低，此处煤岩体所受的应力 相对较小，积聚的弹性能得到了释放。这对工作面冲击矿压的防治有着重要的意义。 - 4 - 运顺内帮030404 0 100 200 300 400 500 600 距工作面距离 /m E /mV 11.5 21.5 31.5 41.5 51.5 61.5 71.5 81.5 91.5 101.5 图 4 运输顺槽未进入卸压巷范围和已进入卸压巷范围内的电磁辐射监测 运顺外帮030408 0 100 200 300 400 500 600 距工作面距离 /m E /mV 3.1 13.1 23.1 43.1 53.1 73.1 图 5 在卸压巷范围内的运输顺槽电磁辐射监测结果 5. 结结 论论 （1） 开掘卸压巷能够通过将周边附近围岩的高应力向深部转移，使巷道浅部围岩处于应力 降低区，并且可以使煤岩体中积聚的弹性能得以释放，从而起到减小工作面冲击矿压 的危险性。 （2） 卸压巷卸压法不仅可以减小冲击矿压的危险性，而且可以减小卸压区的巷道变形，对 巷道的维护和控制也是十分有效的。 （3） 卸压巷要多掘一段巷道，增加了掘进费用，因此在设计参数时应结合技术经济比较的 结果，选择合理的参数，和其他卸压解危方法联合起来使用。 参考文献参考文献 [1] 窦林名，何学秋．冲击矿压防治理论技术．徐州中国矿业大学出版社，2001 [2] 康红普．煤矿开采．浅析维护巷道和峒室的方法．1994,1．6-9. [3] 钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制．徐州中国矿业大学出版社，2001. Study to Use Relieving Roadway in Rock Burst’s Workface Zhang Xiaotao,Dou Linming China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu, 221008, China Abstract The paper introduces the theory of relieving roadway and some relieving stress s. It also put forward the application of the of relieving roadway on the workface that has the dangerous of rock burst. The has been used on site and its stress relieving effect has been tested by electromagnetic emission EME. Through the application on site, it can be say that the relieving - 5 - roadway can play good effect in stress relieving on the rock burst work face and offer a kind of feasible measure for the prevention and control of rock burst. Keywords relieving roadway; rock burst; electromagnetic emission 作者简介作者简介张小涛（1980），男，陕西铜川人，中国矿业大学在读硕士研究生，研究方向 为采矿工程。