底板切槽卸压技术在冲击地压巷道中的应用.pdf

2 0 1 5年第7 期 中州煤炭 总第 2 3 5 期 底板切槽卸压技术在冲击地压巷道中的应用 张 毅 河南大有 能源股份有 限公 司 矿压研 究所 ， 河南 义马4 7 2 3 0 0 摘要 针对义马煤 田开采深部冲 击地压巷道所遇到 的底 鼓问题及 防治难点 ， 提 出底板切槽 卸压技术 ， 在耿 村 煤矿 1 3 2 1 0掘进工作面运输巷进行 了防治底鼓 的现场应用。结果表 明， 底板切槽 卸压技术应用效果 良好 ， 为 防治冲击地压巷道底鼓 问题提供 了科学依据。 关键词 底板切槽 卸压 ； 巷道底鼓 ； 冲 击地压 防治； 深部开采 中图分类号 T D 3 2 4 ． 2 文献标志码 1 3 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 5 0 7 0 0 8 4一o 3 App l i c a t i o n o f Fl o o r Gr o o v i n g Pr e s s ur e Re l i e f Te c hn o l o g y i n Ro a d wa y wi t h Ro c k Bu r s t Da n g e r Z h a n g Yi R o c k P r e s s u r e I n s t i t u t e ， H e n a n D a y o u E n e r g y C o ． ， L t d ． ， m 0 4 7 2 3 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t Ai mi n g a t t he pr o bl e ms o f fl o o r h e a v e a nd i t s c o n t r o l i n d e e p r o a d wa y wi t h r o c k bu r s t d a n g e r o f Yi ma c o a l fie l d， flo o r g r o o v i n g p r e s s u r e r e l i e f t e c h no l o g y wa s p r o p o s e d i n t h i s pa pe r ， a n d flo o r h e a v e c o n t r o l me t h o d s wa s pu t i n t o p r a c t i c e o n 1 3 21 0 d r i v i n g f a c e o f Ge ng c un Co a l Mi ne ． Re s ul t s ha v e s h o wn t h a t ， t he a pp l i c a t i o n e f f e c t s o f flo o r g r o o v i n g pr e s s u r e r e l i e f t e c h no l o g y i s g o o d， i t c a n p r o v i d e a s c i e nt i f i c ba s i s t o t h e pr e v e n t i o n o f r o a d wa y flo o r h e a v e， a nd ha s g o o d pr omo t i o n p r o s pe c t s ． Ke ywo r ds flo o r g r o o v i n g p r e s s u r e r e l i e f t e c hn o l o g y； r o a dwa y flo o r h e a v e； r o c k bu r s t p r e v e n t i o n； d e e p mi ni n g 在煤 矿开 采 中几乎所 有 的巷道 都会 出现不 同程 度的底鼓 ， 随着义马煤 田多数矿井开采逐步走 向深 部 ， 受地应 力 、 采动 应 力 及 构造 应 力 的共 同作 用 ， 加 上煤层本身的冲击倾 向性、 开采技术条件及地质因 素 ， 巷道 底鼓 问题 日趋 突 出严 重 ， 严 重 威 胁 安 全 生 产 。底鼓 所导 致 的巷道 断面 缩小 、 阻碍 运输 和行人 、 妨碍矿井通风， 使得许多矿井不得不投人大量的人 力和物力去做“ 挖底” 等临时的处理工作 ， 严重 的会 造成整条巷道报废 ， 对矿 山生产与安全产生很大的 制约。针对巷道底鼓 的机理 ， 有效控制巷道底鼓的 方法主要有 ①合理选择巷道 的位置 ， 应将其布置在 构造应力小的区域； ②巷道底板打锚杆 ， 使底板岩层 保持 良好的完整性 ； ③封闭型支架 ， 支架具有防止巷 道两帮水平应力的作用， 使巷道底板不断裂 ， 保持稳 定性 ； ④底板注浆 ； ⑤巷道底板切槽 ， 通过在巷道底 板 开 掘 出一 定宽 度 和深 度 的槽 ， 对 巷 道底 板 进 行 有 收稿 日期 2 0 1 50 41 3 作者 简介张毅 1 9 8 6 一 ， 男 ， 河南新 安人 ， 助 理工程师 ， 2 0 1 0年 毕业 于中国矿业大学 ， 现从事矿压研 究工作 。 8 4 效的应力释放 ， 使应力峰值转移至巷道围岩深部， 使 巷道处于应力降低区。 为有 效 控 制巷 道 底 板变 形 ， 针 对 义马 深 部煤 层 具体的地质条件及现有断面、 支护、 设备布置等实际 情况 ， 首 次在耿 村煤 矿应用 底板 切槽 卸压 技术 1 - 4 ] 。 1 底板切槽理论 巷道开掘后 ， 岩体应力 由原来 的三向应力状态 转变为二 向应力状态 ， 在松软围岩体及高应力作用 下 ， 集中应力远大于围岩强度 ， 岩体容易被破坏。因 此 ， 采用不同的卸压方法 ， 使巷道表面高应力向深部 转移 ， 而深部岩体处于三向应力状态 ， 强度 比较高， 可 以承受高应力的作用 ， 为 围岩的位移提供一定的 变形空间 。巷道底板施工卸压槽 ， 使巷道 围岩近 似成圆形 ， 而圆形巷道的承压性比较好 ， 围岩达到了 理想的应力平衡状态 ， 使底板岩层处于应力降低区 和稳定状态 ， 在最大限度上抑制底板的变形量 ， 从而 达到防治底鼓的目的。采用切槽卸压技术来代替卧 底 的办法 ， 确保了巷道的正常使用和工作面 的正常 生产 ， 同时保 证 了人员 安全 。 2 0 1 5年 第 7期 张 毅 底 板切 槽 卸压技 术在 冲 击地压 巷道 中 的应 用 总 第 2 3 5期 2 底板切槽参数的确定 虚煤充填切槽。 巷 道切槽 卸 压 效 果 取 决 于 切 槽 的 宽度 b 、 深 度 h 。 当切 槽 的深度 为巷 道宽 度 的一半 时 ， 卸 压效 果最 好 ， 并能更有效地控制巷道底板的鼓起 ； 当切槽深度 b小于巷帮到切缝的间距 口时 ， 即 a ／ b1 ， 开槽后 的 底板视作从切槽 下方受到横 向载荷 P作用 的岩石 悬梁 ， 承受弯曲应力， 岩石抗弯强度小 ， 底板上翘 ， 甚 至下 面岩 层 向上 断裂 。底 板 中最大 剪应 力为 1 式 中 ， P为 切槽 的底板 梁 能承受 的最 大压 力 。 3耿村煤矿应用 实例 3 ． 1工作 面概 况 1 3 2 1 0掘进工作面位于东三采区东翼 ， 沿 2 ． 3煤 底板 留约 2 m底煤 在实体煤 中向东掘进 ， 东与千 秋 矿边 界煤 柱相 隔 。2 - 3煤 层平 均采 深 6 2 0 m， 走 向 长度 1 0 5 0 m， 倾角 l O 。一l 4 。 ， 煤厚平均 1 0 ． 5 m； 运 输巷标高为 1一 4 5 m， 采深超过 6 0 0 m， 煤层具 有中等 冲击危险倾向性 ， 其对应地面标高为 6 2 5一 6 5 6 m； 直接 顶 为灰 黑 色 、 黑 色 泥 岩 、 粉 砂 质 泥岩 ， 平 均厚 度 为 2 0 ． 5 m； 直 接 底 为 深 灰 色 泥 岩 ， 平 均 厚 度 为 2 ． 5 m。 3 ． 2 底 板切 槽技 术指标 1 切槽位置选择。资料 和巷道实际底鼓情况 显示 ， 巷道底板切槽最合适的位置在巷道底板中心 图 1 。因此 ， 切 槽 实 验 位 置 确 定 在 运 输 巷 3 5 0～ 6 9 0 m 巷 中 长度 3 4 0 m 。 2 切槽断面形状 。考虑到巷道宽度 、 用途 、 切 槽 施工 难度 及工 程量 大小 ， 为 防止两 侧片 帮 ， 切 槽 断 面形状 采用 倒梯 形 。 3 切 槽 宽 度 。依 据 巷 道 实 际 情况 巷 中两 侧 为 轨道 、 胶 带 ， 间距 1 ． 2 m 确 定 为上 宽 1 ． 0 m、 下宽 0 ． 6 m。为防止轨道受影响， 切槽左侧偏离轨道 0 ． 8 m， 右侧 切 槽段将 胶带 架 吊起 。 4 切槽 深度 。切 槽 深 度 分 别 为 2 ． 5 ， 2 ． 0 ， 1 ． 5 m。切 槽 顺 序 为 间 隔切 槽 1 0 m 不 切 槽一 2 ． 5 m 深 长 度 8 5 m 一 间 隔 3 5 m不 切 槽 一2 ． 0 m 深 长 度 8 5 m 一 间隔 3 5 m 不切 槽 一2 ． 5 m 深 长 度 8 5 m --, 5 ． 0 m 不切 槽 。 5 技术 要求 。切 槽完 成 并 经验 收 后 用 木板 将 其盖严 ， 如出现片帮严重影响轨道及胶带运行时， 用 a 断面 一 T ． T I - l l l 一 _ 之 圈 卸 压 圈 压 槽 _ J卸 压 槽 图 1 1 3 2 1 0运输巷切槽示意 4 切槽观测方法 采用钢卷尺、 细铁丝、 木锚杆等进行测量。 4 ． 1测 站布置 在试 验 巷道 3 4 0 m 长 度 范 围 内共 布置 1 5个 测 站 其 中开切槽处共 9个测站 ， 未开切槽处共 6个测 站 ， 每个测站布置 4个测点 ， 采用人工 布置十字测 点 ， 每隔 1 d对底鼓量、 顶板下沉量及两帮移近量 3 项技术指标进行观测 图 2 。 a 断面 b 剖面 单位m 图 2 1 3 2 1 0运输 巷测站布置示意 4 ． 2观测数 据 通 过对 不 同深度 切槽 测站 顶板 观测数 据 表 1 8 5 2 0 1 5年第7期 中州煤炭 总第 2 3 5 期 分析得 出 D2 ． 5 I T I 深切槽段巷道平均顶板下沉量 明显小于未开切槽段巷道平均下沉量 ； ②2 ． 0 m深 切槽 段巷 道平 均顶板 下沉 量与 未开 切槽 段巷道 平均 下沉量基本持平 ； ③1 ． 5 m深切槽段巷道平均顶板 下 沉量 明显 大 于 未 开 切 槽 段 巷 道 平 均 下 沉 量 图 3 。 通 过对 不 同深 度切槽 测 站底板 观测 数据 表 1 分析得出 ①2 ． 5 m深切槽段巷道平均底鼓量明显 小 于未 开切槽段巷道平均底鼓量 ； ②2 ． 0 m深切槽 一 日 期 图 3 1 3 2 1 0运 输 巷 顶 板 下 沉 量 表 1 1 3 2 1 0运输巷切槽观测数据 m m 段巷道平均底鼓量与未开切槽段巷道平均底鼓量基 本持平 ； ③1 ． 5 m深切槽段巷道平均底鼓量明显大 于未 开切槽 段 巷道平 均底 鼓量 图 4 。 6 5 爨 3 2 日期 图 4 1 3 2 1 0运输巷底鼓量 通 过对不 同深 度切槽 测 站两 帮观测 数据 表 1 分析得出 ①2 ． 5 r n深切槽段巷道平 均两帮移近量 明显小于未开切槽段巷道平均两帮移近量 ； ②2 ． 0 I T I 深 切槽 段巷道 平 均两帮 移近 量与 未开切 槽段 巷道 平 均两帮移近量基本持平 ； ③ 1 ． 5 IT I 深切槽段巷道平 8 6 均两帮移近量明显大于未开切槽段巷道平均两帮移 近量 图 5 。 。 。／ ／ 、 ／▲＼。． 一 日 期 图 5 1 3 2 1 0运输巷两帮移近量 综合不 同深度切槽测站观测数据对 比分析得 出 2 ． 5 m深切槽 段巷 道顶 、 底 板及 两 帮 的位移 量 明 显小 于 2 ． 0， 1 ． 5 m 和 未 开切 槽 段 巷 道 ， 说 明 当切 槽 的深度为巷道宽度的一半 时 2 ． 5 m ， 卸压效果最 好 ， 该段 巷道 顶 、 底板 及 两帮 下转 第 1 0 4页 2 0 1 5 年第7期 中州煤炭 总第2 3 5 期 4 系统运用 硬件 系 统 经过 一 系 列 的实 验验 证 和 调试 以后 ， 确定系统在有效范 围内可以准确有效地测量 、 传输 信号。另外， 基于 V B进行编写的控制窗体 ， 已经初 步做到了数据的实时显示 当给加速度传感器一 个冲击力时 ， 会观察到一个阻尼振动信号显示在窗 体中 ， 通过截图控件 ， 可截 出当前要分析的数据 ， 测 量 其发 生最 大振 动 到结 束 的总 时 间 ， 得 到在 这 段 时 间有多少个波峰和波谷， 即算 出阻尼振动的频率 、 周 期 和相 关量 。 5 结 语 该监测系统 因为处于实验阶段 ， 其误差分析没 有做出相应的评估 ， 有很 多地方还需要改进。但系 统 的振动监 测 已经 是 一个 完 备 过 程 ， 每 个 过程 又相 对独 立 ， 在 实 际的应 用过 程 中都 可 以更新 。 笔者最终的 目的是希望运用完善 的系统， 在采 动区顶板和底板 内布置 多组装 置实时采集微震数 据 ， 经过 数据 处理 后 ， 采 用 震 动定 位 原 理 ， 确 定 破 裂 发生的位置 ， 并显示在三维空间上 ， 这样就能评估震 动 发生 的原 因和 具体 位 置 ， 也 可 以在震 动事 故 发 生 后对造成事故原因进行分析 ， 这也是设计这一系统 的 目的和 意义 。 参考 文献 [ 1 ] 周玉． 煤矿掘进 巷道顶板 事故 预防措 施探 讨 [ J ] ． 科技 资讯 ， 2 0 1 3 1 8 2 2 1 ． [ 2 ] 雷彦华． 低频振动校准系统 的关 键技术研究与实 现[ D] ． 哈尔 滨 中国地震局工程力学研究所 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 郁有文 ， 常建 ， 程继红． 传感 器原理及 工程应 用 [ M] ． 西安 西 安 电子科技大学出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 曹 国清． 数字 电路 与逻辑设计 [ M] ． 徐州 中 国矿业 大学 出版 社 。 2 0 0 5 ． [ 5 ] 殷 祥超 ． 振动理论 与测试技术 [ M] ． 徐州 中 国矿 业大学 出版 社， 2 0 0 7 ． [ 6 ] 秦龙 ． M S P 4 3 0单片机常 用模块与 综合系 统实例 精讲 [ M] ． 北 京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 7 ] 张福才 ， 张锐， 汝洪芳． MS P 4 3 0单片机 自学笔记 [ M] ． 北京 北 京航空航天大学 出版社 。 2 0 1 1 ． [ 8 ] 梁源 ， 贾灵 ， 郝强 ． 大学生嵌入 式学 习实践 [ M] ． 北京 北京航 空航天大学出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 9 ] 宋晶 ， 沈兴全 ， 赵润鹏 ． 基于组态王的 P c机与单片机串 口通信 技术研究[ J ] ． 化工 自动化及仪表 ， 2 0 1 1 ， 3 8 5 5 5 1 - 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