东荣二矿回采巷道冲击矿压防治.pdf

第 2 0卷第 4期 2 0 1 0年 7月 黑龙江科技学院学报 J o u r n a l o f H e i l o n g j i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e T e c h n o l o g y V0 1 ． 2 0 N o ． 4 J u l y 2 0 1 0 文章编号 1 6 7 1 0 1 1 8 2 0 1 0 0 4 0 2 6 0 0 3 0 东荣二矿 回采巷道冲击矿压防治 康宇 ， 王 维维 黑龙 江科技学 院 安全工程学 院，哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 为有效防治东荣二矿 1 7 煤层回采巷道冲击矿压事故 ， 结合矿压事故调查情况， 分析 了影响冲击矿压发 生的主要 因素 ， 提 出了探 、 测、 控有机组合 的深部 回采巷道冲击矿压控制原理及 防治技术。结果表明 开采深度超过发生冲击危险的临界深度 、 煤 中赋存半 岛煤柱、 支护结构不合 理等是该矿冲击矿压发 生的主要原因。超前勘探 、 围岩观测、 适时预测、 质量监测、 方案对症、 施设 当机等冲击矿压 灾变控制技术及钻屑法预测、 钻孔卸压、 松动爆破解危等综合防治技术措施应 用于 该矿 ， 防 治效果 良好 。该研 究为 东荣二矿 深部 煤层 开采 的冲 击矿 压 防治提供 了技 术保 障 。 关 键词 冲 击矿压 ； 深部 开采 ； 钻 屑 法 ； 松 动爆破 中图分类号 T D 3 2 4 文献标志码 A Ro c k b ur s t c o n t r o l o f Do n g r o n g NO． 2 c o l l ier y r e c o v e ry r o a d wa y K ANG Y u， WANG We i we i C o l l e g e o f S a f e t y E n g i n e e r i n g ，H e i l o n g j i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y ，H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C h i n a Abs t r a c t Ai me d a t a n e f f e c t i v e c o nt r o l o f t h e r o c k b u r s t a c c i d e n t o f Do n g r o n g NO． 2 c o l l i e r y 1 7 c o a l ， t h i s p a p e r p r o v i d e s a n a n a l y s i s o f t h e ma i n f a c t o r s l e a d i n g t o r o c k b u r s t ，b a s e d o n p r e s s u r e a c c i d e n t i n v e s t i g a t i o n a n d pr o p o s e s t h e o r g a n i c c o mbi n a t i o n o f e x p l o r a t i o n， me a s u r e me n t ，c o n t r o l d e e p r o a d wa y b u r s t c o n t r o l t h e o ry ．Th e r e s u l t s s h o w t h a t t he mi ne r o c k b u r s t i s ma i n l y a t t rib u t e d t o t h e mi n i n g d e p t h d e e p e r t h a n t h e c rit i c a l d e p t h wh e r e t h e r e o c c ur s r o c k b u r s t ，t h e o c c u r r e n c e o f p e n i n s u l a p i l l a r a nd ma n y f a u l t s i n c o a l ，a n d i r r a t i o n a l s u p p o r t s t r u c t u r e ．A b e t t e r c o n t r o l e f f e c t r e s u l t s f r o m t h e a p p l i c a t i o n o f mi n e p r e s s u r e d i s a s t e r c o n t r o l t e c h n i q u e s ，s u c h a s a d v a nc e d e x p l o r a t i o n，s ur r o u n d i n g r o c k o b s e r v a t i o n，t i me l y f o r e c a s t s ，q u a l i t y mo n i t o r i n g，a n d s y mp t o ma t i c p r o g r a m ，a n d i n t e g r a t e d c o n t r o l me a s u r e s，s u c h a s d i s a s t e r p r e di c t i ng c u t t i n g s ，d r i l l i n g p r e s s ur e r e l i e f ，a n d d a n g e r e l i mi na t i n g l o o s e b l a s t i n g．Th e s t u d y p r o v i d e s a t e c h n i c a l s u p p o r t o f r o c k b ur s t p r e v e nt i o n a n d c o n t r o l o f Do n gro ng NO． 2 c o l l i e ry ． Ke y wo r ds r o c k b u r s t ；d e e p mi n i n g；d r i l l i n g；b l a s t i n g L 口 东荣二矿开采深度 已超过 7 0 0 m， 在南二下延 采区开采时， 1 7 煤层七面皮带道在工作面回采巷道 相继发生了多起冲击矿压事故 ， 严重威胁该矿的安 全生产。分析该区域冲击矿压发生的机理及影响因 素， 是解决该矿安全生产技术难题 的关键_ 1 I 2 j 。基 于此 ， 笔者结合该矿矿压事故调查情况 ， 分析了影响 冲击矿压发生 的主要 因素 ， 并提出了冲击矿压控制 及防治技术 ， 以期为该矿深部煤层开采冲击矿压 的 防治提供技术参考。 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 0 7 作者简介 康宇 1 9 8 2一 ， 男 ， 黑龙江省肇 源人， 助教 ， 硕士 ， 研究方向 煤矿安全工程 ， E ma i l w w s l s 1 2 6 第4 期 康宇 ， 等 东荣二矿回采巷道冲击矿压防治 2 6 1 1 冲击矿压发生影响因素 通过对东荣二矿 1 7 煤层多次冲击矿压事故现 场调查发现 ， 冲击矿压发生时具有如下特点 1 冲击发生前没有明显前兆 ， 冲击速度快 ， 几 乎在瞬间发生。 2 冲击时振动强烈并伴有响声 ， 有气浪产生。 3 冲击后大量煤体抛 向巷道空 间， 严重堵塞 巷道 ， 冲击破坏力巨大 ， 使支护结构整体破坏。 根据该矿的地质条件 ， 结合上述特点 ， 确定影响 冲击矿压发生 的主要 因素为开采深度 、 断层与半 岛 煤柱 、 支护结构等。 1 ． 1开 采深 度 东荣二矿 1 7 t／层七面采深已达 7 0 0 m， 根据东 荣矿 区煤 田地质特征 ， 开采深度达 到 5 0 0 m 时深部 开采矿压 已显现特征 ， 说 明已超过该矿区发生冲击 危险的临界深度 。随着采深的增加 ， 深部高地应 力也增加 ， 因此易导致冲击矿压发生。 1 ． 2 断层与半岛煤柱 1 7 层煤 中赋存多条断层 ， 在发生冲击地点附近 存在三条落差 3 m 以上 的断层 ， 同时上方 1 6 煤层 停留在断层附近的残采煤柱形成了半岛煤柱。断层 与半岛煤柱的集 中应力也易导致冲击矿压发生。 1 ． 3支护 结构 据调查 ， 1 7 煤层七面皮带道在巷修时采用 了大 量贴帮木支柱 ， 木支柱与巷道两帮之 间又用木板 皮 塞实 。这种加强支护限制了煤体 的变形 ， 使煤体 内 积聚了大量的弹性能， 一旦木支柱所承受的压力超 过其支撑能力而突然折断 ， 煤体应力就会突然释放 ， 从而直接导致冲击事故发生 。 1 ． 4其他诱 发 因素 冲击矿压事故往往是在受到一定诱发之后瞬间 发生的。根据东荣二矿 1 7 煤层回采巷道赋存特征 及相邻煤层开采条件 ， 分析其诱发 因素有 1 1 6 煤层老顶活动产生的能量传递 。 2 1 7 煤层工作面开端头爆破施 工及 老顶活 动产生的能量传递。 2 深部 回采巷道 冲击矿压 防治 2 ． 1 控 制原 则 深部开采巷道冲击矿压控制应遵循如下原则 1 安全高效原则 ， 即在保证安全 的前提下 ， 使 巷道在服务期限内高效发挥设计功能。 2 经济合理 原则 ， 即在 实现原则 1 的前提 下 ， 获得最佳综合经济效益 j 。 2 ． 2力、 物、 控动态组合原理 深部开采条件下 ， 采掘 空问冲击矿压发生的频 率均明显增加 ， 且采用常规控制手段 、 方法难以有效 控制 。根据深部开采煤岩应力特征 ， 提 出力 、 物 、 控 动态组合理论 ， 即深部开采 冲击矿压是 由巷道 围岩 所处 的应力环境及其变化 ， 围岩 的物性与力学特征 及其变化 ， 围岩控制方案设计及调整 、 施工时间与质 量保障三方面控制的。在三方面动态组合下巷道围 岩与支护系统的稳定才能得以保证。 1 巷道围岩所处的应力环境及其变化。巷道 围岩所处的应力环境 由自重应力 、 构造应力 、 采掘活 动引起 的集 中应力等组成。在多种应力环境下应力 叠加将直接引起 围岩内应力集 中。处于采动影响范 围内的巷道 ， 围岩体所受 的采动集中应力随着采掘 工作面的推进发生变化 ， 这就使 回采巷道围岩承受 不 固定 的变化应力 ， 从 而影响围岩控制。 2 围岩的物性与力学特征及其变化。深部开 采巷道 围岩灾变经历 了弹塑性变形 、 产生裂隙及其 发展 、 破坏及碎胀鼓出、 围岩冲击等过程 。不 同变形 破坏阶段的巷道 围岩所 处的力学环境使其结构 、 力 学参数等物性及力 学特征发生变 化。应力状态 不 同， 围岩的强度特征不 同。 3 围岩控制动态化 。深部开采时巷道 围岩处 于应力环境复杂且不 断变化 、 围岩 自身性质变化 的 特殊条件下 ， 围岩控制需采用动态调 整， 通过监测 、 反馈 、 调整、 再施工等多环节动态组合 ， 以达到有效 控制围岩、 防治冲击矿压事故发生的 目的。 2 ． 3探、 测、 控有机组合控制技术 依据深部开采 冲击矿压 力 、 物 、 控动态 组合理 论 ， 提出探 、 测 、 控有机 组合 的深部开采巷道 冲击矿 压控制技术 ， 即超前勘探巷道围岩物性 力学特征 ， 观测围岩应力环境 、 物性及力学特征及其变化 ， 适时 预测灾险及 围岩控制设计 、 施工及 工程质量监测有 机结合 的综合冲击矿压控制技术 ， 具体力 1 超前勘探。采 用地球物理 勘探及钻探 、 巷 探等方法 ， 结合实验室测试 ， 提前探明巷道围岩物性 及力学特征 。 2 围岩观测 、 适时预测、 质量监测。应用岩石 测试技术 ， 观测围岩所处的应力环境及其变化 ， 围岩 物性 、 力学特征及其变化 ， 预测 围岩冲击 ， 监测 巷道 灾变控制方案施工质量 及其减灾效果等。 3 方案对症 、 施设 当机 、 保 障质量。依据勘探 和观测、 预测 、 监测结果 ， 针对深部开采巷道 冲击矿 压类型及其围岩状况 ， 按照安全高效 、 经济合理的原 则 ， 根据巷道服务年 限和使用功能 ， 优化设计围岩控 2 6 2 黑龙江科技学院学报 第2 0 卷 制方案 ， 在合理时问控制工程施工 ， 按技术要求严格 保障施工质量 ， 并通过质量及减灾效果监测， 调整控 制方案。 3 东荣 二矿冲击矿压 防治 3 ． 1 防治技术 结合东荣二矿生产情况以及煤层赋存特征 ， 提 出以下冲击矿压防治技术 1 加强巷道支护。撤掉巷 道 内的木支柱 ， 清 理巷道帮部变形严重 、 开裂的煤岩体。 2 预测冲击矿压。钻屑法 一直是便捷 、 有效 的煤层冲击局部预测技术方法， 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 ， 即条件相 同的煤体 ， 当应力状态不同时， 其钻孔的煤粉量也不 同。当单位长度的排粉率增大或超过标定值时 ， 或 在钻孔过程中出现动力效应时， 即可判别应力集 中 程度和冲击危险程度。 结合东荣二矿的实际情况 ， 在巷道上帮煤体 中 部打设一排检测钻孑 L ， 如图 1 所示 ， 钻孔方向垂直于 煤壁， 钻孔直径 4 2 mm， 深度 6 m， 间距 1 0 m。 巷道顶板 巷道底板 l 0 m 1 0 m 图 1 钻孔布置 Fi g ． 1 La yo ut o f dr i l l i n g 在断层前后 5 0 1T I 范围内进行钻孔预测 ， 有冲击 危险时 ， 立即通知相关负责人员 ， 禁止通行 ， 在通过 卸压处理后 ， 方可通行。 3 卸压。在断层前后 5 0 I n范 围内按照钻屑 法钻孔布置标准 ， 重新打深 1 O～1 5 I ll 、 直径 7 5 I T ff n 的钻孔 ， 对巷道围岩松动圈进行卸压 。 4 解危措施 。在钻屑法预测出冲击危险时 ， 由专业人员进行松动爆破处理煤体 ， 释放煤体 中的 能量 ， 使高应力 向煤体深部转移。同时采用金属钢 梁加液压单体 的方式对断层 、 停采线以及 1 6 煤层 残留煤柱附近巷道加强支护 ， 以减缓高应力状态下 的巷道围岩变形。 3 ． 2 防治 效果 在东荣二矿 1 7 煤层七面后期 回采 以及 1 8 煤 层六面开采期间， 采用该防治技术进行 冲击矿压防 治 ， 未发生任何冲击矿压事故 。同时 ， 该矿在后期的 巷道及工作面布置上尽量避免 了孤岛煤柱的形成 ， 巷道支护取消了木贴帮柱。 4 结束语 针对东荣二矿 1 7 煤层 回采巷道冲击矿压事故 频发的情况 ， 结合事故调查 ， 分析了冲击矿压发生的 影响因素。根据东荣二矿深部煤层开采条件及赋存 特征 ， 提 出了探 、 测 、 控动态组合控制理论及 防治技 术 。实践证 明， 钻屑法冲击预测 、 钻孑 L 卸压 、 松动爆 破解危的综合技术措施 ， 是 防治深部煤层开采 冲击 矿压的有效手段。 参考文献 [ 1 ] 陈国祥．最大水平应力对 冲击矿压 的作用机制及其 应用研究 [ D] 徐州 中国矿业大学 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 隋豪杰 ，高旭东 ， 徐 小兵．冲击矿压 影 响因素与发 生条件分 析[ J ．煤矿开采 ， 2 0 0 7 ，1 2 1 6 1 6 2 ． [ 3] 窦林名 ，赵丛 国 ， 杨 思光 ，等．煤矿开 采冲击矿 压灾害 防治 [ M] ．徐州中国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4] 王玉刚．褶皱 附近 冲击矿压规律及其控制研究 [ D] ．徐州 中 国矿业大学 ， 2 0 0 8 ． [ 5 J 阎龙海 ，于丽艳 ，刘宝 良．深部矿井 围岩应力变形 的 A N S Y S 数值模拟 [ J ] ．黑龙江科技学院学报 ，2 0 0 7 ，1 7 1 5 9 6 1 ． [ 6] 吴兴荣．煤矿冲击矿压监测 与防治的实践与研究 [ J ] ．地球物 理学进展 ， 2 0 0 7 3 1 O 1 11 0 1 7 ． [ 7 ] 侯伟 ， 骈 龙江，郝彬彬 ， 等．深部开采 冲击地压发生条件及 预测和防治[ J ] ．河北工程 大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 8 2 65 6R 编辑荀海鑫