深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术.pdf
第4 5 卷第5 期煤炭学报 V 0 1 .4 5N o .5 2 0 2 0 年5 月J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T YM a y 2 0 2 0 移动阅读 潘俊锋,刘少虹,高家明,等.深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术[ J ] .煤炭学报,2 0 2 0 ,4 5 5 1 6 0 7 1 6 1 3 .d o i 1 0 .1 3 2 2 5 /j .e n k i .j C C 8 .D Y 2 0 .0 2 5 0 P A NJ u n f e n g ,L I US h a o h o n g ,G A OJ i a m i n g ,e ta 1 .P r e v e n t i o nt h e o r ya n dt e c h n o l o g yo fr o c kb u n tw i t hd i s t i n g u i s hd y - n a m i ea n ds t a t i cl o a ds o u r c e si nd e e pm i n er o a d w a y [ J ] .J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ,2 0 2 0 ,4 5 5 1 6 0 7 1 6 1 3 .d o i 1 0 .1 3 2 2 5 /j .c n k i .j C O S .D Y 2 0 .0 2 5 0 深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术 潘俊锋1 ,2 ,一,刘少虹1 ,2 ⋯,高家明1 ’2 ⋯,孙希奎4 ,夏永学1 ’2 ⋯,王琦5 1 .中煤科工开采研究院有限公司,北京1 0 0 0 1 3 ;2 .煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室,北京1 0 0 0 1 3 ;3 .天地科技股份有限公司 开采设计事业部,北京1 0 0 0 1 3 ;4 .淄博矿业集团有限责任公司,山东淄博2 5 5 0 0 0 ;5 .中国矿业大学 北京 深部岩土力学与地下工程国家重 点实验室,北京1 0 0 0 8 3 摘要将深部开采覆岩结构特征研究向冲击地压防治技术延伸,研究了深部矿井巷道冲击地压动 静载分源防治理论与技术。结果表明,诱发深部冲击地压启动具有2 种载荷途径一种是动、静载 荷叠加途径;另一种是纯静载荷叠加途径,因此深部冲击地压发生条件研究应该重点研究诱发冲击 启动的动、静载荷来源。研究认为深部工作面L 型区域频繁发生冲击的原理,是在工作面距离较 远时,临空巷道两帮仅受侧向F 型悬臂结构影响,当工作面临近时,由于本面与相邻工作面采空区 导通,上覆厚硬顶板悬空区域也导通,因此发生下沉一弯曲一回转幅度更大,悬而不垮造成加大弯 曲弹性能储存在L 区域,垮断时又造成较大动载荷作用在L 区域煤岩体。提出了深部工作面临空 巷道、采场“双F 、大L ”力源结构模型,并给出了临空巷道、采场大L 型力源区域冲击地压启动判据 算法。采动覆岩“双F 、大L ”力源结构分析表明,诱发临空巷道冲击启动的栽荷来源是空间确定 的,提出了深部巷道冲击地压动、静载荷源分源防治方法。即针对F 型顶板悬臂断裂造成的动载 荷源进行爆破预裂;针对巷道两帮煤体中垂直应力集中进行煤层爆破卸压;针对巷道底板高水平应 力进行底板爆破,阻断其推动底板作用。工程实践证明,该方法能够实现深部强冲危险工作面安全 回采。 关键词冲击地压;深部开采;动静载分源;分源防控;覆岩结构;F 型悬臂结构.‘‘双F 、大L ” 中图分类号T D 3 2 4文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 0 5 - 1 6 0 7 - 0 7 P r e v e n t i o nt h e o r ya n dt e c h n o l o g yo fr o c kb u r s tw i t hd i s t i n g u i s hd y n a m i ca n d s t a t i cl o a ds o u r c e si nd e e pm i n er o a d w a y P A NJ u n f e n g ‘2 ⋯,L I US h a o h o n 9 1 ’2 ”,G A OJ i a m i n g ’,2 ”,S U NX i k u i 4 ,X I AY o n g x u e l ’2 ⋯,W A N GQ i 5 I .C C T E GC o a lM i n i n gR e s e a r c hI n s t i t u t e , i j i n g 1 0 0 0 1 3 ,C h i n a ;2 .S t a t eK e y .L a b o r a t o r yo f C o a lM i n i n ga n dC l e a nU t i l i z a t i o n ,B e i n g1 0 0 0 1 3 ,C h i n a ; 3 .C o a lM i n i n ga n d 如劬D e p a r t m e n t ,T i a n d iS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yC o .,L t d .,B e i j i n g 1 0 0 0 1 3 ,C h /n a ;4 .S h a n d o n gE n e r g yZ i b oM i n i n gG r o u pC o ., L t d .,Z /b o2 5 5 0 0 0 ,C h i n a ;5 .S t a t eK e yk 6 0 删o ,y f o , G e o M e c h a n i c sa n dD e e pU n d e r g r o u n dE n g i n e e r i n g ,C h i n aU n i v e r s i t yo f M i n i n g T e c h n o l o g y B e i - j i n g ,蹦昭1 0 0 0 8 3 ,C h i n a A b s t r a c t I nt h i sp a p e r ,t h er e s e a r c ho nt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fo v e r b u r d e ni nd e e pm i n i n gi se x t e n d e dt ot h e p r e v e n t i o na n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo fr o c kb u r s t .a n dt h et h e o r ya n dt e c h n o l o g yo fp r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fd y n a m i c a n ds t a t i cl o a d so fr o c kb u r s ti nd e e pm i n er o a d w a ya r es t u d i e d .T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r ea r et w ol o a d i n gw a y st oi n - d u c et h ei n i t i a t i o no fd e e pi m p a c t ,o n ei st h es u p e r p o s i t i o no fd y n a m i ca n ds t a t i cl o a d s ,a n dt h eo t h e ri st h es u p e r p o s i - 收稿日期2 0 2 0 - 0 2 - 2 3修回日期2 0 2 0 - 0 5 - 0 7责任编辑常琛 基金项目国家重点研发计划资助项目 2 0 1 7 Y F C 0 8 0 4 2 0 4 ;国家自然科学基金资助项目 5 1 7 0 4 0 5 5 ;中国煤炭科工集团面上资助基金项目 2 0 1 7 M S 0 0 6 作者简介潘俊锋 1 9 7 9 一 ,男,陕西旬邑人,研究员,博士。E - m a i l p a n j u n f e n g y e a h .n e t 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 t i o n o fp u r es t a t i cl o a d s .T h e r e f o r e ,t h er e s e a r c ho nt h eo c c u r r e n c ec o n d i t i o n so fd e e pi m p a c ts h o u l df o c u so nt h ed y - n a m i ca n ds t a t i cl o a ds o u r c e so fi n d u c e di m p a c ti n i t i a t i o n .I ti sc o n s i d e r e dt h a tt h ep r i n c i p l eo ff r e q u e n ti m p a c ti nL s h a p e da r e ao fd e e pw o r k i n gf a c ei st h a tw h e nt h ew o r k i n gf a c ei sf a ra w a y ,t h et w os i d e so ft h ef r e er o a d w a ya r eo n l y a f f e c t e db yt h el a t e r a lF s h a p e dc a n t i l e v e rs t r u c t u r e .W h e nt h ew o r k i n gf a c ei sc l o s e ,b e c a u s et h ef a c ei sc o n n e c t e d w i t ht h eg o a fo ft h ea d j a c e n tw o r k i n gf a c e ,t h eh a n g i n ga r e ao ft h et h i c kh a r dr o o fi sa l s oc o n n e c t e d ,S Ot h es i n k i n gb e n d i n gt u r n i n ga m p l i t u d ei sl a r g e r ,a n dt h eh a n g i n ga r e aw i t h o u tc o l l a p s ew i l li n c r e a s et h eb e n d i n ge l a s t i cp e r f o r m a n c e . I ti ss t o r e di nL a r e a ,a n dw h e ni tb r e a k sd o w n ,i tw i l lc a u s el a r g ed y n a m i cl o a dt oa c to nc o a la n dr o c km a s si nL a r e a .T h i sp a p e rp u t sf o r w a r das t r u c t u r a lm o d e lo f “d o u b l eFa n dl a r g eL ’’f o r c es o u r c ei nt h ef a c eo fg o a fa n ds t o p ei n d e e pw o r k ,a n dp r e s e n t sa na l g o r i t h mo fs t a r t i n gc r i t e r i o no fr o c kb u r s ti nt h ea r e ao fg o a fa n dl a r g eLf o r c es o u r c ei n s t o p e .T h es t r u c t u r a la n a l y s i so f “d o u b l eFa n dl a r g eL ’’f o r c es o u r c eo fm i n i n go v e r b u r d e ns h o w st h a tt h el o a ds o u r c e o fi n d u c e di m p a c ts t a r t u po ff r e er o a d w a yi sd e t e r m i n e di ns p a c e ,a n dt h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e t h o d so fd y n a m i c a n ds t a t i cl o a ds o u r c e so fd e e pr o a d w a yi m p a c ta r ep u tf o r w a r d .T h a ti st os a y ,t h ed y n a m i cl o a ds o u r c ec a u s e db yt h e c a n t i l e v e rf r a c t u r eo fF t y p er o o fi sp r e c r a c k e db yb l a s t i n g .T h ev e r t i c a ls t r e s sc o n c e n t r a t i o ni nt h et w os i d e so ft h e c o a lb o d yi nt h er o a d w a yi su s e df o rc o a ls e a mb l a s t i n gp r e s s u r er e l i e f .T h eh i g hh o r i z o n t a ls t r e s si nt h er o a d w a yf l o o r i su s e df o rf l o o rb l a s t i n gt ob l o c ki t sr o l ei np r o m o t i n gt h ef l o o r .T h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c ep r o v e st h a tt h em e t h o dc a n r e a l i z et h es a f em i n i n go ft h ed e e ps t r o n gi m p a c tw o r k i n gf a c e . K e yw o r d s r o c kb u r s t ;d e e pm i n i n g ;s o u r c ec l a s s i f i c a t i o no fd y n a m i ca n ds t a t i cl o a d ;s o u r c ec o n t r o l ;o v e r b u r d e ns t r n c t u r eF s h a p e dc a n t i l e v e rs t r u c t u r e ;l a t e r a la n dr e a rF s h a p e dc a n t i l e v e rs t r u c t u r ea n dl a r g eL s h a p e df o r c es o u r c ei n s t o p e 随着我国煤炭资源大规模步人深部开采,冲击地 压发生的频度、强度与日俱增。实践证明,过去浅部 开采防治冲击地压的思路和方法难以满足深部开采 的条件⋯。探索深部开采条件下冲击地压防治理论 与方法逐渐成为国内外学者及工程技术人员任务。 早在1 9 9 6 年,毛仲玉等怛。总结了华丰矿5a 来在冲 击地压发生机理、预测预报与防治等方面的研究和应 用成果。潘立友等∞1 研究了深部矿井构造区厚煤层 冲击地压机理;王爱文等H 1 采用相似模拟方法研究 了断层作用下深部开采冲击地压原理;裴广文等”1 研究了深部开采过程中构造型冲击地压的能量级别 预测方法;深部防治方面的文献主要有,谭云亮等M 1 认为深部应变型冲击地压应优先顺序为开采保护层、 大直径钻孔、断底和煤层注水;深部坚硬顶板型冲击 地压应优先顺序为开采保护层、深孔断顶爆破、大直 径钻孔、断底和煤层注水;深部断层型冲击地压应优 先顺序为开采保护层、大直径钻孑L 和煤层注水。潘俊 锋等。列针对深部矿井,盘 采 区巷道群屡次发生冲 击地压这一问题,理论分析了巷道群无动载诱发冲击 启动的机理,并采用基于集中静载荷疏导的深孔区间 爆破法开展了冲击地压灾害防治。为了解决冲击地 压威胁深部智能开采与防冲人员安全问题,提出了深 部冲击地压智能防控方法与发展路径旧J 。刘军等一1 根据跃进煤矿冲击地压防治,总结了深部冲击地压矿 井刚柔一体化吸能支护技术。潘一山等驯研制了具 有吸能功能的巷道防冲液压支架及自移式巷道超前 支架,已在部分矿井开展了现场应用。笔者等刈揭 示了我国煤炭深部开采冲击地压的特征、类型,开发 了顶板动载荷“钻一切一压”一体化技术;煤层一次成 孔3 0 0m m 超大直径无人钻孔技术;巷道底角联排桩 基阻断水平应力技术。齐庆新等纠凝练了深部开采 煤岩动力灾害防控的关键科学技术问题,提出了多尺 度分源防控深部煤岩动力灾害的思想,确定了深部开 采煤岩动力灾害防控技术的攻关方向,构建了煤矿深 部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架 构。 实际上,深部开采与浅部的区别,核心在于煤层 上覆岩层总厚度的变化,因而带来一系列差别,研究 深部冲击地压防治,必须研究采动覆岩结构。诱发冲 击地压的动、静载荷源都与覆岩结构及其运动密切相 关。为了探索覆岩结构与冲击地压发生的相关性,姜 福兴等3 。1 5 1 对长壁采场覆岩结构进行了探讨,并提 出了采场覆岩的“载荷三带”结构模型。窦林名及其 团队‘1 6 - 1 s ] 对煤矿覆岩空间结构及演化规律进行了研 究,分析了覆岩空间结构O X - F - T 等特征。 上述针对深部冲击地压防治所做研究,主要以冲 击地压自身发生条件或者原理为出发点,少数文献注 意到了覆岩结构对冲击地压的影响,但仍处于冲击地 压发生原理研究阶段,从深部采动覆岩结构特征角度 开展冲击地压防治技术研究文献鲜有报道。 万方数据 1 深部巷道 中击地压启动的2 种载荷途径 煤矿井下采场、巷道形成过程也是围岩载荷局部 化集中的过程,尤其是深部高地压环境,载荷局部化 进程更快。如图1 所示,巷道开挖后煤层迅速形成塑 性区、弹性区及原岩区,在弹塑性时变过程中,巷帮煤 体中垂直应力盯,、水平应力矿。以及原岩应力仉,也 逐步形成,冲击地压潜在启动区处于弹性区范围。假 设巷道走向无限长,巷道两帮围岩结构对称,从巷道 侧向弹性区取出微单元煤体d 工,研究其达到冲击启 图1 巷遁帮部应力分区㈠9 F i g l S t r e s sz o n i n go fF o a d w a Yr i I s i 1 e ⋯j 巷道弹性区微单元d x 在三维应力状态下发生动 力学冲击全过程如图2 所示,图2 中,O B 阶段为巷道 开挖,静载荷局部化集中后,微单元d 戈所获得的载 荷,为诱发冲击启动的基础静载荷,从O 点到C 点总 体为该微单元冲击启动孕育阶段,也是开采活动产牛 的动、静载荷加载至极限阶段。对于深部开采条件来 说,自B 点起,达到冲击启动点C 有2 种途径一种 途径是微单元c k 继续获得静载荷增量,比如临近掘 进巷道或者回采工作面过来造成的静载荷迁移、叠 加;另一种途径是微单元d x 获得静载荷没有变化,而 是获得周边外界动载荷增量的扰动、加载,常见的是 顶板断裂、爆破震动等。微单元d 戈通过2 种途径满 足冲击启动条件后,冲击地压进入发生历程,微单 兀d x 在如图1 所示的三维围岩条件下因强度不足先 发生材料破坏,消耗能量,后又释放剩余的能量,进入 基础静载荷 l 一/局 X 云一 J ,形 W if 职 吃重垫笋显现’ 一一- ⋯一- I 拦堕塑继旦塑堕垦. 。 材料~结构动力失稳 。 图2 冲击地压启动载荷途径Ⅲ1 F i g 2 l o a d i “gp a t h 。fr o c kb u r s t ㈨t u ∥J 以上分析可得,诱发深部冲击地压启动具有两大 途径一种是动、静载荷叠加途径;另一种是纯静载荷 叠加途径,而对于历时几秒钟的冲击地压发生过程, 上述2 种途径主要作用在冲击启动条件形成阶段,不 是后启动阶段。因此深部冲击地压发生条件研究应 该重点研究诱发冲击启动的动、静载荷来源。 2 深部巷道7 中击采动覆岩“双F 、大L ,,力源 结构 深部开采煤层上覆巨厚岩层,由于岩性、层厚、E 覆载荷等差异,在工作面临空巷道及本工作面后方沿 垂高方向,形成长短不一的F 型悬顶结构。回采工 作面出口及与其连通的临空巷道超前3 0 0m 左右为 冲击地压频繁发生区域。如图3 所示,建立临空巷道 侧工作面回采边界条件模型。图4 分别为临空巷道 侧向F 型悬臂结构,采场后方F 型悬臂结构示意。 由于上述2 种顶板F 型悬臂结构,导致临空巷道、采 图3 悬空顶板导通形成大L 型力源区域 F i g 3I a 1 - g eL - s h a p P If b J - e es 。t 】r c ea r e a 。fc o n c l u c r e d h a n g i n gr o o f 蒸黧燕西骈蒸。讳 万方数据 1 6 1 0 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 场出口连通处形成大L 型力源区域。在工作面距离 较远时,临空巷道两帮仅受侧向F 型悬臂结构影响, 当工作面临近时,由于本工作面与相邻工作面采空区 导通,上覆厚硬顶板悬空区域也导通,因此发生下 沉一弯曲一回转幅度更大,悬而不垮造成加大弯曲弹 性能储存在L 区域,垮断时又造成较大动载荷作用 在L 区域煤岩体。下面分析该L 型力源区域静、动 载荷来源。 如图5 所示,建立回采工作面临空侧受侧向、本 面后方悬顶影响形成的临空巷道、采场“双F 、大L ’’ 力源结构示意。由外国学者阿维尔申心叫的研究可 得,临空巷道、采场大L 型力源区域积聚的静载弹性 能由体变弹性能u 。、形变弹性能∽和顶板弯曲弹性 能∥。三部分组成,即 U J U 。 U U 。 1 其中,u .为静载弹性能;L 型力源区域煤体内由于体 积压缩而积聚的弹性能近似计算为 u 一卫兰吐掣v 序 2 6 E 1 一肛 2 。 式中,肛为泊松比;y 为容重,N /m 3 ;H 为埋深,m ;E 为 弹性模量。 向 F 一 型一一一一一一一一一一 I I 剖面 a 臂。L - 二一 .一一一一一一一一一一一悬一一~一一一一一一一f 嘉荔蒸赢 一一一一历’一1 刈一一一l 丫‘\ 爱再曩雾习霉j 露臻一f 。。女盈 I I I I 剖面 b 图4 临空巷道侧向F 型悬臂结构 F i g .4F - s h a p e dc a n t i l e v e rs t r u c t u r e 图5 临空巷道、采场“双F 、大L ”力源结构 F i g .5 S t r u c t u r eo f “d o u b l e F l a r g e L ’’f o r c es o u r c ei ne m p t yr o a d w a ya n ds t o p e 由于彤状改变巾】积聚的弹性能近似计算为 ”坐兽掣yz日233E1 一肛 2 。 、’ 其中顶板弯曲弹性能U 。,由于受双F 、多层顶板 悬顶影响,近似计算为 U 。 U 。。 U 。h 4 盱荟酱 5 u “2 ;面q - ’L 7 6 式中,q 为顶板及匕覆岩层附加载荷的单位长度载 荷,N /m ;L 为顶板来压步距,m ;L7 为顶板悬臂长度;E 为顶板岩层弹性模量,P a ;J 为顶板端面惯性矩,m 4 ; u 。。为顶板侧向弹性能;U 。。为顶板弹性能后方弹性 能。 图5 中,任何一处顶板断裂弹性能传递至煤壁极 限平衡区的能量U 。由下式计算 U D U d 0 R 1 7 式中,u 。。为顶板断裂时释放的初始能量,可由微震 监测出;R 为顶板断裂位置与煤壁极限平衡区的距 离,可由微震定位计算得到;’7 为煤岩介质中弹性波 传播时的能量衰减指数。 万方数据 第5 期潘俊锋等深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术 由此,根据冲击地压发生的能量准则条件、2 1 | ,临 空巷道、采场“双F 、大L ”力源结构区域,冲击地压发 生方程为 U I U 。 U 。 8 其中,U 。 盯/ 2 E ,为围岩极限平衡区内微单元以 达到临界强度,发生动力失稳所需要的最小能量。 3 深部巷道冲击地压动静载荷分源防治方法 以上以我国深部开采冲击地压发生最为频繁的 回采工作面临空巷道冲击载荷条件为例,进行了冲击 地压动、静载荷叠加路径分析。典型的案例诸如我国 陕西彬长矿区,内蒙古鄂尔多斯矿区回风巷道冲击地 压发生都具有这个特征。另外一些矿井例如义马矿 区千秋煤矿、跃进煤矿、常村煤矿以及吉林龙家堡煤 矿,临空巷道采用小煤柱沿空掘巷后,冲击地压主要 显现在距离采场较近的实体煤侧巷道,其原理是高基 础静载荷的巷道获得了本工作面后方F 型悬臂结构 加载,属于纯静载荷叠加路径。 总之,从防治角度来讲,促成冲击启动的载荷可 以是集中静载荷,也可以是集中动载荷,但是从根本 上讲,都是系统内集中静载荷必须达到临界条件。也 就是集中动载荷如果参与,那就是帮助系统内集中静 载荷达到临界条件,如果系统内集中静载荷不够大, 来自于系统外的动载荷传递到静载荷集中区将被消 耗,因此难以完成冲击启动。因此,目前虽然不能对 2 种载荷量进行量化评估,但是由采动覆岩“双F 、 大L ,,力源结构分析表明,诱发临空巷道冲击启动的 载荷来源在空间上是确定的,如图6 所示,F 型悬顶 垮断提供动载荷源,巷道两帮存在垂直应力静载荷, 巷道底板高水平应力也属于静载荷源。为此,可对诱 发冲击启动的动、静载荷源进行分源处置,如图7 所 示,即针对F 型顶板悬臂断裂造成的动载荷源进行 爆破预裂;针对巷道两帮煤体中垂直应力集中进行煤 层爆破卸压;针对巷道底板高水平应力进行底板爆 破,阻断其推动底板作用。 4 工程实践 4 .1 工程背景 陕西亭南煤矿开采深度7 0 0m 左右,主采煤层为 4 煤,具有强冲击倾向性,煤层赋存稳定,平均厚度 1 5m ,平均倾角3 。。煤层直接顶为粗粒砂岩,其厚度 为6 .4 6I l l ,基本顶为厚硬砂岩,平均厚度3 0 .5m 。顶 板具有强冲击倾向性。受埋深、相邻采空区及巷道交 叉等多因素综合影响,二盘区2 0 6 工作面回采期间发 生4 1 次冲击地压,3 8 次发生在临空巷道、采场“双 图6 临空巷道冲击载荷源空间分类⋯l F i g .6 S p a t i a lc l a s s i f i c a t i o no fi m p a c tl o a dS O t l F C e Si n r o a d w a y _ 1 1 图7冲击载荷源分源防治技术 F i g .7 P r e v e n t i o nt e c h n o l o g yo fr o c kb u r s tw i t hd i s t i n g u i s h d y n a m i ca n ds t a t i cl o a ds o u r c e F 、大L , 力源结构影响区。紧跟接续的2 0 7 工作面为 本盘区第4 个回采工作面,工作面走向长24 0 0m ,倾 斜长2 0 0m ,上覆岩层活动范围大,岩层尚未稳定,危 险性更大,多处两侧留设的3 0m 煤柱中又进行了矸 石充填掘巷。在工作面尚未安装时就已经发生了3 次冲击地压。工作面位置及历史冲击地压显现情况 如图8 所示。 4 .2 冲击地压动静载分源防治技术 矿井接续的2 0 7 工作面地质、开采条件与2 0 6 类 似,但因紧密接续、煤柱结构复杂等因素,2 0 7 工作面 经专家组论证危险性更大。通过对2 0 6 工作面回采 期间冲击地压规律分析,3 8 次冲击分布在临空巷道、 采场“双F 、大L ”力源结构影响区。为此,笔者承接 2 0 7 工作面回采冲击地压防治研究任务后,迅速按照 图8 所示技术方案,采取冲击启动的动、静载荷源分 源治理。 1 顶板动载荷交叉扇形深孔爆破消源技术。 针对2 0 7 工作面回风巷受本工作面及2 0 6 采空 区覆岩双F 、大L 力源结构影响形成强冲击危险区 域,针对双F 悬顶在回风巷道超前进行顶板倾斜方 向、走向方向扇形深孑L 预裂爆破。顶板深孑L 预裂爆破 的施工区域需要覆盖2 0 7 工作面开切眼向外2 0m 至 终采线向外约4 0m 范围。顶板处理高度为煤层以上 垂高3 0m ,顶煤厚度按5 .5m 计算,多数炮孔在垂向 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 2 0 7 灌浆巷 图8 冲击地压显现位置 F i g .8 l x c a t i o no f ’r o c k b u r s t 的投影均为3 5 .5m ,其中,装药段的垂向投影为 1 7i n ,封孔段的垂向投影为1 3i n 。巷道超前区域和 沿工作面走向的爆破步距均设定为2 0m 。走向孔的 开孔位置为钻场位置沿巷道走向向外平移2I n 。 2 煤层静载荷大直径钻孔疏压技术。 考虑到该煤层瓦斯含量高,回风巷两帮有瓦斯抽 放钻孔,不能采取爆破,两帮采用了直径为1 5 0m m 的大直径钻孔。钻孔长度在回采帮为3 0I n ,煤柱帮 为2 4I n ,钻孔间距分别为0 .8 ,0 .6i n 。鉴于初次卸压 完成后,应力容易恢复。因此,需要采取冲击地压应 力在线监测系统,监测应力恢复情况。如发现应力恢 复,说明已施工钻孔已失效,则需要在原钻孔之间,补 打大直径卸压孔。 3 底板水平应力深孔爆破阻断技术。 鉴于矿井受水平构造应力作用,冲击表现出底臌 问题,在巷道两底角施工深孔爆破,驱赶并切断水平 应力传递路径,阻止底板冲击滑移。钻孔深度为 1 3I n ,倾角为4 5 0 。走向间距为3I n ,每孔装药量为 1 2k g 。 在工作面推进过程中,上述3 种技术组合方案严 格落实,工作面日进尺保证每日不超过4I n 。在该方 案下,自2 0 1 7 年5 月至2 0 1 9 年7 月,工作面已安全 回采结束,达到预期效果。 5 结论 1 分析认为深部开采高地压环境,载荷局部化 进程快。诱发深部冲击地压启动具有两大途径,一种 是动、静载荷叠加途径;另一种是纯静载荷叠加途径, 上述2 种途径主要作用在冲击启动条件形成阶段,不 是后启动阶段。因此深部冲击地压发生条件研究应 该重点研究诱发冲击启动的动、静载荷来源。 2 认为深部工作面L 型区域频繁发生冲击的 原理,是在工作面距离较远时,临空巷道两帮仅受侧 向F 型悬臂结构影响,当工作面临近时,由于本面与 相邻工作面采空区导通,上覆厚硬顶板悬空区域也导 通,因此发生下沉一弯曲一回转幅度更大,悬而不垮 造成较多弯曲弹性能储存在L 区域,垮断时又造成 较大动载荷作用在L 区域煤岩体。提出了深部工作 面临空巷道、采场“双F 、大L ”力源结构模型。 3 采动覆岩“双F 、大L ”力源结构分析表明,诱 发临空巷道冲击启动的载荷来源是空间确定的,提出 了深部巷道冲击地压动、静载荷源分源防治方法。即 针对F 型顶板悬臂断裂造成的动载荷源进行爆破预 裂;针对巷道两帮煤体中垂直应力集中进行煤层爆破 卸压;针对巷道底板高水平应力进行底板爆破,阻断 其推动底板作用。工程实践证明,该方法能够实现深 部强冲危险工作面安全回采。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]深部开采矿井灾害防治技术现状调研报告[ R ] .北京国家煤矿 安全监察局科技装备司,2 0 1 5 . [ 2 ]毛仲玉,张修峰.深部开采冲击地压治理的研究[ J ] .煤矿开采, 1 9 9 6 3 3 9 4 3 . M A O Z h o n g y u ,Z H A N GX i u f e n g .S t u d yo nt h et r e a t m e n to fr o c k b u m t i nd e e pm i n i n g [ J ] .C o a lM i n i n g ,1 9 9 6 3 3 9 4 3 . [ 3 ] 潘立友,孙刘伟,范宗乾.深部矿井构造区厚煤层冲击地压机理 与应用[ J ] .煤炭科学技术,2 0 1 3 ,4 1 9 1 2 6 1 2 8 ,1 3 7 . P A NL i y o u ,S U Nl i u w e i ,F A NZ o n g q i a n .M i n ep r e s s u r eb u m pm e c h a n i s mo ft h i c ks e a mi nd e e pm i n es t r u c t u r ez o n ea n da p p l i c a t i o n [ J ] .C o a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,2 0 1 3 ,4 1 9 1 2 6 1 2 8 ,1 3 7 . [ 4 ] 王爱文,潘一山,李忠华,等.断层作用下深部开采诱发冲击地 压相似试验研究[ J ] .岩土力学,2 0 1 4 ,3 5 9 2 4 8 6 2 4 9 2 . W A N GA i w e n ,P A NY i s h a n ,L IZ h o n g h u a ,e ta 1 .S i m i l a re x p e r i m e n - t a ls t u d yo fr o e k b u r s ti n d u c e db y m i n i n gd e e pc o a l8 e a n lu n d e rf a u l t a c t i o n [ J ] .R o c ka n dS o i lM e c h a n i c s ,2 0 1 4 ,3 5 9 2 4 8 6 2 4 9 2 . [ 5 ] 裴广文,纪洪广.深部开采过程中构造型冲击地压的能量级别 预测[ J ] .煤炭科学技术,2 0 0 2 ,3 0 7 4 8 5 1 . P E IG u a n g w e n ,J IH o n g g u a n g .P r e d i c t i o no ne n e r g yc l a s s i f i c a t i o no f