冲击地压的综合防治.pdf

冲 击地压的综合防 洽 芦子干常洪生张兆乎 国内外实践表明 , 解决冲击地压问题的 根本途径在于综合防治 。 综合防治包括冲击 危 险鉴别和预测 、 治理措施以及治理效果检 查三个主要部分 。 门头沟煤矿现开采的二 、 五 、 七槽煤均 为有冲击地压危险的煤层 。 煤层 厚度一般为 。 各煤层顶板均为坚硬 的石英砂 岩 , 平均厚度一 。 采煤方法为单一走 向长壁刀柱采煤法 。 由于煤系地层沉积环境 比较复杂又受后期构造的影响形成一个大 的 倾伏向斜构造 。 井田内以向斜 、 背斜和盆地 为 主体构造 , 中 、 西部构造复杂 , 褶皱剧烈 东部构造简单 , 岩体的整体性好 。 试验区二 槽煤层物理力学性能 见表 。 门矿自一年发生危害性冲击地 压次 , 一类是 以构造应力为主的构造型 冲击地压 , 多发生在向斜两翼 、 褶皱地带或 煤厚倾角变化较大的地区另一类是以开采 附加压力为主的压力型冲击地压 , 多发生在 煤柱 、 残煤或大面积采空周 围的待采煤体应 力集 中区 。 历年来发 生的冲击地压分布情况 如图所示 。 二僧媒层及围岩物理力学性能表 二 。 层老顶底板 性无烟煤 中拉石 英砂岩 灰色粉砂岩 容重 比重 孔隙度纬 含水率写 。 。 。 。 , 。 。 。 。 。 。 物理性能指标 单轴抗压强度 弹性模量 ‘名 泊松比 粘结力 内摩擦角 度 弹性能 量指数 片 导 。。 。 。。 。 岩 一一 ⋯ 力学性能指标 了 “ 一 、 用煤粉钻孔法鉴别与预测冲击地压 煤粉钻孔法是一种以鉴别冲击地压危险 注括号内数字为平均值 。 为主 , 具有多种 功能的方法 。通过在煤体 中钻 小直径钻孔师 , 根据钻孔时不 同 深度排 出的煤粉量及其应力变化规律以及有 关动力现象 , 来鉴别冲击危 险程度 , 检查解 危措施 , 监测冲击危险变化和探测煤体应力 集中情况 。 通过现场试验 、 理论分析计算以 及爆破卸载综舍验证 , 煤粉钻孔法预测冲击 井筒采用短段掘砌 , 段高 , 木模板 , 木板 厚 , 井圈用号槽钢压制而成 。 井壁设计用号 混凝土浇注 。 重量配 合比为水泥砂子 , 石 子 二 ,‘ 。 , 水 灰 比为 。 混凝土搅拌在地面进行 , 井口南 侧设两台搅拌机 。 搅拌好的混凝土 , 通过溜 灰管送到井下 , 浇注井壁 。 溜灰管在 一 生产水平安设一段活节管 , 起缓冲 、作 用 。 井壁接茬采用全面斜口接茬 , 模板上口 与上段井壁间留的间隙 , 作 为 浇灌 口 , 待混凝土浇满高度时 , 架设号槽钢 , 用插销和模板连接好 , 然后逐块斜插模板 , 随插随浇混凝土、细心捣固 , 浇满后 , 推直 接茬模板 , 与上段井壁紧贴 , 用木楔刹紧 。 北月飞 门头沟煤矿井田边界 一 ’一一 、戈山 书上‘先‘,口 ‘一尸 一 ‘ 、矛尹「、淞 丫 画 瓦柔 卜 。 砂 西山井 ’万属 岭少匕一一、一橄一 尸工卜﹄ 〔习 。 例 、 巨三卜。 霉 豁匹习 背料 奚夏 分枯 冲击点 断层 区三」。巨互 地,合匣习试“ 区习。 井【 三 习够区丘习” 地压是有效的 。 例如西二刀柱工作面 , 其上 方有五槽残 留煤柱及工作面局部地质构造以 及大面积采空区 , 当工作面推进处时 , 在工作面下部运输巷的 、 号钻孔钻 至时 , 煤粉量突然增加 , 钻杆被卡 , 被迫 停钻 。 当时根据得出的鉴别冲击危险煤粉量 指标值及地音指标值初步判断有冲击危险 。 次日在工作面前方待采刀柱上 山内与 孔相对应又钻孔 , 当钻进 ’时煤粉量 达 , 超过 了极限煤粉 量 , 再次表明有冲击危险 。 当时在 现场立即施工诱发卸载爆破孔个 , 进行人 工卸载爆破 , 诱出了两次冲击地压 。 该矿地 震台记录其震级分别为 级和级里 氏 震级 。 人工诱发冲击地压不但能 解除冲击危 险 , 而且还能验证和完善冲击危险指标 , 但 必须慎重从事 。 由于 冲击地压危险指标值涉 及多方面的 因素 , 加上试验时检测范围有 限 , 因而是一项难度较大的工作 。 在具有较 为理想的准确度的前提下 , 只要经过一两次 成功 的诱发冲击地压的验证 , 所确定的冲击 危险指标 值应认为是可用的和有效的 。 二 、 冲击地压的治理措施 冲击地压的治理措施可分为两类 , 即防 范措施和解危措施 。 前者指预先消除产生冲 击地压的条件 , 避免开采后 出现危险 , 属战 略性措施后者旨在对已有冲击地压危险地 区进行解危处理 , 属应急措施 。 在这次试验 中 , 重点试验研究了煤体注 水 、 人工断 顶 属防范措施 、 人工卸载爆破属解危措 施 。 煤体注水煤体注水包括卸载注水 和煤体预注水 。 卸载注水是指在采掘过程中 对有冲击危险的煤体在较短的时间内进行中 高压力一注水煤体预注 水是在采掘工作前对有潜在冲击地压危险的 煤体进行较低压力 “以下 和较长 时 间的注水 。 前者主要是通过水力破裂作用使 煤体局部达到卸载 , 改变应力分布状况和物 理 、 力学性质 , 以达到解除冲击危险的一种 解危措施 。 后者是通过物理 、 力学等多方面 因素的综合作用 , 改变煤体性质 , 减弱或消 除煤体冲击能力的防范措施 。 图是在试验室进行二槽煤吸水量 、 周 注水压力及流 量 注水孔间距 封孔长度砂浆封孔 式 在保证上述条 件下具体确定 ︵ 飞 。 谕巴 料翻 一西毯 往永前煤禅 公目 东区千样 盆 一西区注水后煤样 的和和加 ‘魂浦曰孟口山 飞之留号只侧 很水时间沃 名 不 〕 吕飞 很水时问周 价 艺 旦声‘向 书。 坟 长水时间 洞 图 单 向抗压程度口 、 弹性能量指数与浸水 时间的关系曲线 。 由图可见吸水量随浸水 时间的增加而增加 , 当超过一周后试件达到 饱和状态 , 吸水量不再增加 。试件浸水 前平均 单轴抗压强度为 “, 弹性能量指数为 , 属有强烈 冲击倾向的煤样 。 随着浸水 时间的加 长 ,口 及 二 下降 。浸水 周后下 降至 , 为 , 属弱 冲击煤样 浸水周后下降至左右 , 煤样已完全 失去冲击倾 向 。 实验室试验还表 明 , 注水后 的煤样应力一应变曲线与未注水的煤样相比 图 , 明显 “ 塑化 ” 、 强度降低 、 变形增 加 , 具有明显的塑性屈服段 , 试件破坏声 小 , 无碎块抛出 。 注水后与注水前的煤样相 比其残余强度 、 破坏时所 消耗的能量等项指 标均显著增大 。 在地质构造 简单 , 有足够的注水空间和 时间 , 直接顶为非水弱化岩层 , 底板为非遇 水膨胀岩层的条件下 , 均可用煤层注水 。 合理注水参数可按如下建议考虑 平均水分增加值 注水后含水率 注水时间考虑开采速度 、 采掘接替 。 一 舰 ” ” 帐振 勺 户, 图 老煤体结构复杂 , 各部位注水特性相差 较大 , 则应辅以其它治理措施 , 如 卸 载 爆 破等 。 人工断顶门矿开采的二 、 五 、 七槽 煤层顶板均是厚而坚硬石英砂岩 , 胶结致密 , 强度大 单 向抗压强度为 , , 富于 弹性且采后可呈大面积悬顶不落 , 对开采区 威胁很大 。 人工断顶就是在采空区边缘沿走 向或倾斜布置放顶线 , 打眼放炮 , 把大面积采 空区顶板局部强制崩落 , 形成一条宽约 、 深的断沟 , 使悬顶与开采区 隔 离 , 切 断压力的传递 , 人工控制和调配顶板 应 力分布 , 减少待采煤体在开采过程中的应 力集中 。 人工断顶工艺如图所示 。 初 次断顶先钻拉槽眼 , 眼距一 、 排距 、 眼深 一 、 放顶眼倾角 、 孔径 。 正常断顶时眼距 、 排 距 、 眼 深 、 倾角 。。 火药采用号硝按炸药 , 药 卷直径 , 长 。 装药量 根据岩石硬 度 、 崩 落块度 、 炮眼深度来选择 。 门矿经过多次试 验装药量一般为眼深的 , 平均每孔一 。 每次引爆个炮 眼 , 用电 压专用放炮闸箱放炮 。 护 现训谧嗽 袱 酥 犯 二 禁鳗署 刀 飞 辉、 , ,丫吞荃 荃 耐耐耐 络场 乒二于‘ 。 区送 三 “ 图 断项效果门矿于 年月开 始分 别在龙 门采区 、 九龙采区的二及五槽进 行人 工断顶试验 , 至年月断 顶面积 , 煤层受益面 积万米 , 收到了较 好效果 。 如年月在九龙采区 一 水 平二槽沿队回采工作面下顺槽横皮带道边 缘进行断顶 , 这次断顶走向长 , 断顶面 积 , 待采受益面积万米 。 断 顶 前在该区曾发生 两次冲击地压 , 断顶后采了 个刀柱工作面未发生冲击地压 。 用动态仪 和地音仪的观 测表 明 , 断顶后 围岩变形和地 音指标均有较大幅度的下降表 。 卸载爆破卸载爆破是在已确认有 冲击危险的地区对煤体进行松动爆破 , ‘ 使具 有冲击危险的煤体部分卸载 , 改变其应力分 布状况和力学性能 。 卸载爆破后的结果有两 种一种是煤体卸载冲击危险解除另一种 是爆破后人工诱发出冲击地压 , 煤体卸载冲 击危险解除 。 后 一种亦称为诱发爆破 。 卸载爆破的方法是根据采掘工作面冲击 危险程度而定的 , 在经过测试手段如地音 仪 、 煤粉钻孔法等测得有冲击危 险后 , 就 可有 目的布置深孔及选用合理 的装药量进行卸载爆破 。 门矿自年在九龙盆 地 南翼 七槽 一 水平 以下队回采工作面进行了卸 载爆破试验 , 安全采 出万吨煤炭 , 取得较 好效果 。 卸载爆破是一项较为实用和有效的 措施 。 断顶前后监测教据对比表 断顶区项目断顶前 断顶后 对 比 倍数 ,︸八 ︸ ︸﹄,又甘,一月,一 ⋯ ,︸叮‘‘︸ 八八,‘臼,山,主,人几 ⋯⋯ ,,︺︸ 、 四塘 累积变形量 平均变形速度 最大变形速度 组 丁组 组 组 组 万组 。 。 。 。 。 。 ,曰马‘﹄匕八 ︸几‘口,曰﹄” ⋯⋯ ︵﹄︸” 人 ‘工 ,﹄ 、 二塘 累积变形量 平均变 形速度 最大变形速度 组 组 组 万组 组 万组 。 。 。 。 。 。 。 玉 。 。 。 。 。 三 一一 围岩变形 垫 大事件数次 分 能率分 。 。 。 。 馨 三 、 冲击地压的综合防治 煤粉钻孔法是进行冲击危险鉴别和 预测的主要方法 , 但为了弥争 哒一方 法在时 间 、 空 间上的不连续以及耗工较大等缺点 , 应辅以地音监测 、 围岩变形观测 、 煤体应力 变形测量等方法和手段 , 形成一个冲击危 险 的综合鉴别和预测 。 鉴 别和预测 出冲击地压后 , 可采用 卸载爆破进行解危处理 。 采用煤 粉钻孔法或地音检测 或 二者 并用 , 检查采取措施后的效果 , 若未 达到解 危仍应进行处理 , 直至完全解危为止 。 在采掘工作前应有针对性地采取防范措 施 , 以破坏发生冲击地压的条件 , 杜绝在生 , 产过程 中发生冲击地压 。 煤体预注水和人工 断顶就是具有这种性质的防范措施 。 但是这 些措施的效果同样也要进行检验 。 冲击地压 是一种复杂的矿 山动力现象 , 综合 防治应根 据具体情况因地制宜 , 才能取得较好的效果 。 煤篡科擎 魏泰 七全 主主 主吐 。 主 , , 们 , 玉 。 里 五 、丫 。 川 一一 比 功 。 成 笼 王主 , 。。 比 一 山 廿 , ‘ , 。 全 , , 了 吐 五 加 , 帕 改 比 公 五 , 让 士 卜 , 幼 仃 。 叻 功拙 血 加 叮 吕 , ‘力 劝 加 。 力 助 跳 讨 ‘初。公。 ‘。 , 加兔血助 一 记 】 的 。 竹 丈 功 钟助 。 知吐 , 王 。。 机 知 即 王 代 至 加 五 ,。 ’ 鸭 , 。 五 喇勺 曰 了 孔 币 刃。 邵 , 由 , 助 功 加 上 一 , 川 。 拉 ‘班 抽 ,门 习 , 、 加 毛 乙 橄 以 , ,, , ,旧 幻 , , 甲恤 户 叮一 召曰 甲叮 即比 血 以 , 比 , 】】 。 丁 伪 , 罗 五 五 且 如 , 伪 配 改主 , 生欧 功 昭 姗 公 忱 五 丁五 , 。 勃 , 】 哪 山欢 让 廿 , 妙加 立岭 , 妙 加 始 双以皿名