深部开采冲击地压防治技术与实践.pdf

瑟 豢纛 进行预测预报，结果显示，首采面的冲击危险指数达到0．73，钻屑量高j达5．1 k m。电磁辐射值最大值接近0试v 具有中等强 度冲击地压危险性 在早期预测的基础上，对具有冲击地压危险的区域采取爆破卸压、煤层注水和钻孔卸压-等卸压解危措施n 通过上述方法 首采面的钻屑 量和电 兹辐射幅值都 大幅度降低 有效降低熏综放 作面冲击地压发i生的 可能性-蔓 ． 叠 关键字l_深部开采 冲击地压 综合指数法 钻屑法 电磁辐射法 。 奠 曩曩 量叠ll i 。 ， 随着我 国煤矿 开采 深度 的增加 ． 以及开 采条件越来越 复杂 ． 我 国采矿工作 面临的冲击地压带来 的威胁越来越 大 ．必须及早 引起重视 冲击 地压会造成煤岩体振动和煤岩体破坏 ． 支架与设 备损 坏 ， 人员伤亡 ， 部分巷道破 坏等 ， 冲击 地压还会 引发 或可能 引发其他灾 害 ， 尤其是 瓦斯 、 煤尘爆炸 、 火灾 以及 水灾 ， 干扰通风 系统 ． 严重时造成地面震动 和建 筑物破坏等 。近年来 ． 国 内外许 多学者和煤矿技术人员从 冲击地压 的发生机理 、危 险性预测等 方面进行 了卓 有成效的研究 ．并提 出了许多行 之有 效的冲击地 压预 防措施 。然 而不同的地质条件 、 开采条件 ， 预测 预防措施也 大有不 同 因此 应该 根据具体 的地质条件和开采条件 ． 探讨 冲击 地压的预测手段和预防措 施 1 工 程概 况 某 矿采 用立井 多水平开拓 ， 目前一二水平开采 已基本结束 ． 三水平一 1 0 3 0 m已有一个工作面正式投产 本 区地质构造复杂程 度为 中等偏复杂 ． 水文地质条件简单 。 3煤位于山西组的下部 ． 是 本区最重要的可采煤层 ．其赋存深度为一 1 2 0 1 3 0 0 m．厚 5 ． 5 7 1 0 ． 8 5 m． 平均 8 ． 5 8 m， 全 区可采 ， 层位稳定 。直接 顶板 为深灰色厚 3 m左右 的砂质泥岩 ． 有少数孔为泥岩 ， 老顶是 灰白色含黑色矿物 较多的中粒砂岩 底板为厚 5 ～ 7 m发育 波状 层理及生物扰动构造 的细砂岩 ． 常相变为灰黑色 的砂 质泥岩 ， 有时为泥岩 。根据实验 数据得出 ． 3煤为具有强 冲击倾 向性煤 层 ．顶底板岩石为弱冲击 倾 向性岩石 ． 而且与开采深度关系密切。且 随着二水平逐渐开采 完 ， 三水平 已经投产 ， 开采 水平 已经达到一 1 0 3 0水平 ， 冲击地压的 倾向性加大 另外井 田内留下 了很多不规则 的煤柱 ． 一方面使上 覆岩层的空 间结构变得更加 复杂 ．另一 方面煤柱上 的应 力叠加 相当于把采深成倍地加 大了 ．冲击地压 已经成为深部开 采的主 要 安全隐患。又鉴于在二水平 曾发生过一起冲击 地压事故 ， 因而 冲击地压 问题更不容 忽视 ．因此必须采 用合理有效 的预测预报 手段和防治措施消除冲击地压危险 2 、 工作面冲击地压危险性预 测 2 ． 1综合 指数法 综合 指数法f 1 4 1 就是在分析已发生 的各种 冲击地压灾 害的 基础上 ． 分 析各 种采 矿地质 因素对 冲击 地压发生 的影 响 ． 确定 各 种因素的影响权重 ． 然后将其综合起来 ． 建立 冲击 地压危 险性 预 测 预报 的一种方法 。其原理是在进行采掘工作前 ， 首先分析影 响 冲击 地压 发生的主要地质 因素f 如开采 深度 、 煤层 的物理力学特 性、 顶板岩层 的结构特征 、 地质构造等 和开采技术因素f 如 上覆 煤层停采线 、 残采区、 采空 区、 煤柱 、 老巷、 开采 区域 的大小 等 ， 在 此基 础上确定各个因素对 冲击 地压的影响程度及 其冲击危 险指 数 ， 如公式 1 。 ma x{ W b W 2 1 i na l一 一 一 J l I 2 L 一 J- i ffil 式 中W 一 工作面冲击地压危 险状态等级评定综合指数 W 一地 质因素对冲击地 压的影响程度 及冲击地 压危险状 态等级评定 的指数 W 一采矿技术 因素对 冲击地压 的影响程度及冲击地压危 险状态等级评定的指数 然后综合评 定冲击地压危 险状态 。 根据综合 指数的大小 ． 将 冲击 危险程 度分为无 冲击危 险、 弱 冲击危险 、 中等冲击 危险 、 强 冲击危 险和不安全五个等级 ． 如表 l 所示 9 9 |≮ ■ 。 濑 表 1 冲击矿压危险状态分级 根据首采面地质条件 。可 以确定地质 因素影响下 的冲击 地 压危险指数 。地质 因素确定 的冲击地压危险状态等级评 定的综 合指数见表 2 。 表 2 地质条件影响冲击地压危险状 态的 因素及指数 由表2可知 ． 根据 采矿地质 因素 分析法 ， 首采 面的冲击地压 危 险指数 0 ．7 3，具有 中等强度 冲击危 险 ， 需 ／r ，f n1 ax 要采取 防冲措施 根据 首采面开采技术条件 ．可 以确定开采 因素影 响下 的冲 击 地压危险指数 。开采技术条件 确定 的冲击地压危 险状态 等级 评定 的综 合指数见表 3 表 3 开采技术条件影响冲击地压危险状 态的 因素及指数 由表 3可知 ． 根据开采技术因素分析法 ． 首采 面的冲击地压 ’_ I f1 ⋯／ 危 险指数 2 乙 0 ．5 7 ， 具有 中等 强度 冲击 危险 ， 需要 ／， I 眦 采取 防冲措施 通过综合比 较分析． 冲击危险 指数 m a x Wt 1 ， Wt 2 ， 0 ． 7 3 ， 根据表 1 ． 首采工作 面冲击 地压 危险状态等级评定 为中等冲击危 险性 偏强 。 2 ． 2钻屑法 钻屑法i5 - 7 1 的基本理论 和最初试 验始于 2 0世纪 6 O年 代 ， 其 理论 基础是钻 出煤粉量与煤 体应 力状 态具有定量 的关 系 ．即其 他条件相同的煤体 。 当煤层应力越大时， 煤的强度越小 ， 其钻孔 的煤粉量也越 大1 。当单位长度的排粉率增大或超过标定指标时 ， 表示应力集中程度增加 和冲击危险性提高。 根据 冲击 地压煤层 安全开 采暂行规 定 ， 常采用钻 出煤粉 量与正常排粉量之 比， 作为衡量冲击 危险的指标 。煤粉量 比值用 体积或重量 比表示 ， 它又称为钻屑量指数 ， 可写为 K V b z 。除 煤粉量指标外 ． 还应考虑动力效应。动力效应是反映冲击倾 向的 一 个直观指标 ， 如钻杆卡死、 跳动 、 出现震 动或声 响等现象 。通过 记录钻孔时所发 生的动力效应 ． 可更加准确地判 断危 险位置 。所 列判别冲击倾向的钻 屑量指数详见表 1 。 袁 4 判别工作地 点冲击矿压危险性的钻屑量指数 钻 屑监测地点 位置 在 工作面 3号 ， 1 3 号 。 2 3号 ， 3 3号 ， 4 3 号 ， 5 3号 ， 6 3号 ， 7 3号 ， 7 6号 液压 支架处设 监测点 ，钻孔 4 2 4 5 m m ， 孔深 7 m， 间距 6 m。 孔距离底板 1 ． 2 m 左右， 单排 布置， 钻 孔方向为水平垂直巷帮 ． 监测位置如 图 1 所示 。 2 ． 3 电 磁 辐 射法 煤体是典型的非均质材料 ． 在外力作 用下 ． 其 内部颗粒之 间 的强度与变形有着显著 的差异 。当煤体 发生均匀应变时 ， 会在 内 部发生极化现象 ． 压缩区域 的电荷密 度升高 。 而低应力 区的电荷 密度降低 ． 导致 电荷 由高密度区向低 密度 区运动 。电磁辐射和煤 的应力状态有关 ． 应力高时 电磁 辐射 信号就强 ， 电磁辐射频 率就 高 ． 应力越高 。 则 冲击危 险越大 。电磁辐射 强度 和脉 冲数两个 参 数综 合反映了煤体前应 力的集 中程度 的大小 ．因此可用 电磁辐 射法『 8 9 1 进行冲击地压前兆 的识别 。 电磁辐射法临界值 根据理论研 究和 电磁辐射法 在生产实 际 中应用 ．该矿现场实测情况确定 电磁辐射预报 的临界值指标 为 电磁辐射幅值取 5 0 m V， 则脉冲数为 1 0 2 9 。 电磁 辐射 监测地 点位 置 第 一组 在工作 面 3号 ， 1 3号 ， 2 3 号 。 3 3号 ． 4 3号 ， 5 3号 ， 6 3号 ， 7 3号 ， 7 6号液 压支架处设监 测点 ； 第二组在 工作面 回风巷 煤壁帮距工作 面 4 m处设风 巷第一个监 测点 ． 往 外每隔 4 m设一个监测点 ， 共设 6个 监测 点 ； 第三组在工 作面运输巷煤壁帮距工作面 4 m处设风巷第一个 监测点 ． 往外 每 隔 4 m设一个监测点 ， 共设 6个监测点 。 监测 点位置如 图 1 所示 。 图 1 钻屑 法和 电磁辐射法监测点布置图 首 采面回 风巷 3 号支架 l 3 号支架 2 3 号支架 首 采 面 ／ 3 3 号支架 ＼ 卜 4 3 号支架 ＼ 5 3 号支架 6 3 号支架 7 3 号支架 首采 面运输 巷 7 6 号支架 3 、 防治措施 3 ． 1 爆破卸压 炮 眼布置及爆破参数 工作面前方 上巷 两帮及下巷上 帮 ． 炮 眼间距均为 1 0 m。 孔深 2 0 m， 孔径 7 5 ram。上巷下帮钻孔 方向为俯 角 1 0 o 1 5 。 垂直煤帮单 排布置 ． 距底板 0 ． 5 i n 上巷及下 巷上 帮 钻孑 L 方向为仰 角 1 0 o 1 5 ． 垂直煤壁 ， 距 底板 0 ．5 m。炮眼每孔装 药量 4 k g 4 0节， 封泥长度 6 ． 5 m， 反 向装药 ， 双 雷管起爆 眼底 、 眼中各 1管母药 采 串联连线 ， 3 ～ 5个炮孔 同时起爆 。 炸 药选 用 煤 矿许 用 三级 水胶 炸 药 ．药 卷 规格 为 3 0 m mx 3 3 0 ra m． 选用煤矿许用 l 5段毫秒延期 电雷管 。 3 ． 2 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 力增加可有效 防治和减弱冲击地压的危险性 根据首采面含水率 测定结果 。 煤体 自然含水率为 3 ． 2 ％。 吸水率为 1 4 ． 4 ％， 煤层注水空 间很大。因此 。 在工作面前方煤体 中布置注水钻孔 ， 直径 4 5 m m， 孔 深 1 8 m。 间距 2 m， 注水压力 5 ～ 6 MP a 。 进行煤体注水时 ， 在正常注 水工序时 ． 当大量 出水或注水 时间超过 2 h时停止注水 。 3 | 3 钻孔卸压 1 0 O 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 。其实质是利用 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 T X U 一 7 5型 钻机打卸压钻孔 采用长 1 ． 5 m 的钻 杆 钻头 直径 1 1 5 mm 钻孔 以 3 1T I 的间距布鼍。 孑 L 深 1 0 IT I 。 孔距 底板 1 ． 2 m左 右。 单排 布置 。 钻孔 方向与巷道煤帮垂直 4 、 效果检验 图 2 ， 图 3为在采取 爆破卸压 、 煤层 注水 、 钻孔卸 压 以后 ． 采 用煤屑法和电磁辐射法检验得 到的煤层效果 采取措施前 ． 煤粉 量较大 ． 钻屑量高达 5 ． 1 k g ／ m 钻屑量指数 为 1 - 3 ， 接 近临界值 ． 电 磁辐射值也较大 ． 最大值接近 5 0 mV。同时 ， 在 钻进过程 中 ． 出现 了明显 的卡钻 、 进钻 困难现象 ， 表 明该 区域冲击危 险性 高。采取 措施后 ． 钻屑量指数和 电磁辐射 幅值都大 幅度 降低 ． 进 钻过程 中 也比较容易 ， 说 明冲击地压危险已经解 除。 图 2 采 取措 施 前后 工 作 面 煤屑 量监 测结 果 ∞ 噬 钻 孔深 度／ 瑚 图 3 采取 措 施 前 后 工作 面 电磁 辐 射 监 测 结 果 6 o r 毫 5 0 } _ 取 措 施 后{ ／ ～ 一 4o 蠢 。 。 1 0 L 监测支架号 5、 结 论 1 首 采工 作面 冲击 地压危 险 等级 为 中等冲击 危 险性 偏 强 ， 冲击危 险指数， 其 中 。 地质 因素的影 响大于开采 技术 因素 的 影 响。工作面 的开采深度 、 复杂 的构造应力以及煤的冲击倾 向性 起 主要 影响作用 ， 该工作面发生冲击地压 的可能性很大 2 采 用钻屑 法和 电磁 辐射法 可 以有 效地对 冲击危 险性 尽 进行 预测预报 ．使煤矿生产 中对 冲击地压 的防治更加具有针对 性 和及 时性 。同时， 爆破卸压 、 煤层注水 、 钻孑 L 卸压等措施 对于冲 击 地压 的防治效果显著 ， 冲击危险得 到解除 ． 保证 了工作面 的安 全生产 。 3 近年来我 国的煤矿的深度开采工 作正在逐年 的加 强 ． 深 部 开采 冲击 地压作为开采过程 中一种常见 的 自然灾 害 ．已经 引 起 了国内外专家 的高度重视。对 冲击地压这一典型的开采灾害 ． 应从生 产条件、 影 响因素、 预测技 术以及防止措施 等方面加 以深 入 的研究 ， 尽量减少或是避 免冲击地压 的发生 ． 为煤 矿深部开采 工作 营造一 个安 全、 稳定 的开采环境 ． 促进我 国煤矿 开采事业 的 安全发展 。本文 结合 矿井生产实际 ． 对冲击地压进 行预测预报 ． 并有效 的解 除了冲击 地压的危险 ．为 冲击 地压 的预测 预报及防 治提供 了一个成功范例 参考文献 f 1 1 周澎 ． 特厚煤层综放开采 冲击地压 防治技术 与实践『 J 1 ． 煤炭科 学技术学报 ． 2 0 1 1 ， 3 9 4 。 3 5 3 9 ． 【 2 ] 李化 敏 ， 袁瑞甫 ， 李 刚锋． 综合 指数法中地质条件影响冲击危险 指数的探讨[ J 1 ． 煤矿安全学报 ， 2 0 1 1 ， 4 2 1 1 ， 1 1 91 2 2 ． 『 3 1 钱鸣高 ， 石平 五． 矿 山压力与岩 层控制『 M 1 ． 北京 中 国矿业 大学 出版 社 ． 2 0 0 3 2 9 4 3 3 0 ． 1 窦林名 ， 何 学秋． 冲击地压 防治理论 与技术f M 1 ． 徐州 中国矿 业大学出版社 ． 2 0 0 1 1 9 6 ． 【 5 1 照样生 ， 粱纯升 ， 刘成丹． 钻屑法测量 围岩压力 的探 索『 J 1 ． 岩土 工程学报 ， 1 9 8 7 。 9 2 1 0 6 1 1 2 ． f 6 1 邹范祥， 孙凌资， 褚福军 ， 等． 钻屑法在监测 冲击地压 中的研 究 与应用『 J 1 ． 山东煤炭科技学报， 2 0 1 0 ， 5 1 5 61 5 7 ． 『 7 1 潘大伟． 煤矿 冲击地压 的监测方法初探『 J 1 ． 山东煤炭科技学报 ， 2 0 1 1 ， 5 6 0 96 1 1 ． 『 8 1 聂百胜 ， 何 学秋 ， 王恩元 ， 等． 电磁辐射法预测煤矿冲击地压『 J 1 ． 太原理工大学学报， 2 0 0 0 ， 3 1 6 6 0 96 1 1 ． 『 9 ] 何学 秋 ， 王恩元 ， 聂 百胜 ， 等． 煤 岩流变 电磁动力 学『 M1 ． 北 京 科学出版社 ． 2 0 0 3 ． 『 1 0 ] 李怀珍 ， 武俐 ， 习春雨． 深 部开采冲击地压发生机理及 防治技 术 『J 1 ． 煤矿安全学报 ， 2 0 1 1 ， 4 2 2 5 5 5 6 ． 上接第 1 4 0页 卫生 间地面防水未处理好 ，地 面水渗 透入 下沉 室 部分给排水管道漏水进入下沉室 。针对以上原因采取的措施 有 严格做好卫生 间地面的防水处理及 下沉室 四周 的防水处 理 卫生 间内所有 给排水管道应经严格试 压住水试验后 方可暗封管 道 建议在 下沉 室侧 面设置侧排地漏 。 以排 除可 能出现 的积水 。 2 ． 2 ．2采用侧排方式 卫生 间采 用后 出水式座便器 ． 侧排地漏 ． 将浴 盆或淋浴房垫 高 ． 各卫 生器具排水横支管沿卫生间地面墙脚处引至外墙。器具 存水弯 、 排水横管及立管均设 于建筑外墙处 。采用这种方法 ， 可 避免 出现下沉 式积水 的状况 ． 但地漏 ， 将 浴盆或 淋浴 房垫高 ， 各 卫生器具排水 横支管沿卫生间地 面墙脚 处引至外墙 器具存水 弯 、 排水横管及立管均设 于建 筑外墙处 。采 用这种方法 ． 可避免 出现下沉式积水 的状况 3 ． 室 内消火栓 系统 3 ． 1 室 内消火栓箱 的设置 对于单元式住 宅来 说 。 由于平面位置 限制 ． 消火栓 一般只能 明设于楼梯休息平 台， 安装于此处 的弊病显 而易见 休 息平 台变 小 ， 住 户通行不便 ， 特别是搬运大件家具 时 消火 栓箱棱角突 出 ． 对住户特别是小孩 的人身安全构成极大 的隐患 为解 决以上问 ” - 题 。 可考 虑采 取栓箱分设 ． 即消火栓栓 口明设 ， 而将 附属的龙带 、 水枪及箱体 暗装 于休 息平 台侧墙处 ， 以腾 出休息平 台空间 。箱 体 尺寸建 议采用 4 5 0 x 6 0 0 x 2 0 0 3 ． 2屋顶十分钟火灾初期 消防用水量储存 问题 住 宅设 计中通常 的做法是 将消防前期 十分 钟用水与生活 用 水 并存于屋顶生活消 防共 用水 箱中 ．生活 出水 管上设虹 吸破 坏 口以保 证消防用水不被挪 作他用 这样可 以防止消防用水 因长 期不用 而变成死水 4 ． 结 束 语 给排水 在住宅 中的设计看 似简单 ．但是 它和我们 的正 常生 活是 紧密相连 的。作为工程设 计人 员 。 应本着技术、 安全 、 经济 性 原 则 ， 在实践 中努力创 新 ， 寻求最佳 的给排水 设计方 案 ， 适应 住 宅设计发展 的新要求 ， 满足人 民群众不 断提高 的物质文化要求 。 参考文献 [ 1 】 陈祥根， 王东 明． 建筑给排水设计、 施工 中应 注意的几个问题[ J ] 工程技术． 2 0 0 9 6 2 9 ． 【 2 ] 周俭清 ． 浅谈 现代 住宅建 筑给 水排水设计 [ J ] ． 湖南农 机 ， 2 0 0 7 ， 0 1 ． 1 O1