赵各庄矿深部冲击地压区域内煤柱安全开采.pdf

第36卷第11期 煤 炭 科 学 技 术 Vol136 No111 2008年11月COAL SCIENCE AND TECHNOLOGYNov . 2008 赵 各 庄 矿 深 部 冲 击 地 压 区 域 内 煤 柱 安 全 开 采 安润东,杨占秋 开滦集团有限责任公司 赵各庄矿业有限公司,河北 唐山 063101 摘 要赵各庄矿为了对深部受到冲击地压威胁的区域内煤柱进行安全开采,提高矿井煤炭采出 率,通过对现场实际情况分析研究和数值计算分析,采取了对工作面巷道进行预先卸压的有效解危 措施,对这部分受到冲击威胁区域的煤柱成功地进行开采,提高了矿井煤炭采出率。 关键词深部开采;冲击地压;巷道卸压 中图分类号TD32412 文献标志码 A 文章编号 0253 - 2336200811 - 0021 - 02 Safety m in i ng of coal pillar in pressure bum p deep area of ZhaogezhuangM i ne AN Run2 dong, Y ANG Zhan2 qiu ZhaogezhuangM ining Co mpanyL td. , Kailuan Group Corpora tionL td. , Tangshan 063101, China Ab stract In order to safety mining of coalpillars in pressure bump areawith a potentialdanger in deep section of ZhaogezhuangMine and to imp r ove the coalmining recovery rate of the mine, with the analysis study of the site actual conditions and the analysison the numerical calculation, with the effective danger released measuresof the p ressure p re - releasing to the mining gate way, the coalp illars in the p res2 sure bump area with potential dangerswere successfully mined and the coal recovery rate of the mine was improved. Key words deep mining of coal pillar; pressure bump; p ressure releasing of gateway 1 概 述 赵各庄矿是我国急倾斜煤层开采最深的矿井之 一。目前开采深度已达1 15415 m ,随着矿井采深 的逐步增大,矿山压力进一步增大,“ 煤炮 ” 、 “ 板 炮 ”等现象发生的频率、范围呈现增加的趋势。 赵各庄矿13水平西翼1石门至3石门区域处 于开阔向斜的轴部区域,煤岩层产状变化大,构造 应力较为集中。在采动压力诱发下,易发生动压灾 害,属于冲击地压危险区域。2005年,在13水平 西翼1石门3137综采工作面开采时发生过1次较 为严重的冲击地压现象,为避免因继续开采诱发更 大的冲击地压现象,对工作面停采进行收尾,收尾 后,在工作面上端口距3137上山85 m与下端口距 3137上山48 m和3137上山之间成梯形孤岛煤柱。 煤柱斜面积7 182 m 2 ,储量11114万t。在底分层 开采时对遗留下的煤柱进行回收,并为矿井其他相 似条件区域的开采提供科学依据和实践经验。 2 3137上山煤柱冲击地压危险性分析 1 工作面侧向与走向应力分布状态 3 3底分层综放工作面开采过程中,在运输 巷煤柱侧进行了侧向应力分布范围和峰值距离的实 测,根据每个钻孔应力计的最大值,获得相对应力 值与钻孔位置的关系曲线,如图1所示。 图1 钻孔应力分布曲线 从实测结果来看,自采空区至实体煤18 m范 围内,垂直应力随距离的增大而增大,相对应力峰 值为915 MPa,而后垂直应力随距采空区的距离增 大而逐渐减少,距采空区50 m的相对应力为4 MPa,且处于相对稳定状态。 另外,工作面开采过程中,还进行了工作面前 方支承压力实测,实测结果显示,垂直应力增加明 显的阶段为该点距工作面10～36 m,并在距工作 面13 m处达到垂直应力的最大值14 MPa。 1 冲击地压危险区域的确定 支承压力的高应力区域是发生冲击现象的危险 2 1 1 7 2 2 12 2008年第11期 煤 炭 科 学 技 术 第36卷 区域,考虑到3137上山煤柱为孤岛煤柱,放顶煤 开采的侧向支承压力的外应力场波及范围较大,类 比相似条件下的实测结果,侧向支承压力的影响区 域为定为煤壁前方10～38 m; 3137工作面开采后 在推进方向的支承压力明显影响区域为10～45 m; 3137工作面顶分层终采线到煤柱区域的支承压力 明显影响区域为煤壁前方8～38 m。 工作面进入煤柱后,由于采用放顶煤开采,必 然对原来顶分层开采形成的应力分布起到扰动作 用,并加大应力场的范围,在支承压力的明显影响 范围内会积聚高能量的变形能,有可能在工作面巷 道内发生动压现象。 213 冲击地压危险性评价 最危险区域为上分层终采线与底分层开采工作 面煤壁重合的状态,工作面情况如图2所示。3137 工作面上山煤柱在开采前的应力状态下,回风巷基 本布置在已采工作面的卸压区内,能有效避免破坏 性动压现象的发生;运输巷在上山煤柱区域正处于 工作面的侧向支承压力的影响区内,煤柱回收期 间,对工作面上下平巷进行预先卸压、动态监测等 有效解危措施,能有效避免破坏性动压现象发生。 13137上山;23137西中底分层工作面回风巷; 33137西中底分层工作面运输巷;43137西下 底分层工作面回风巷 图2 工作面开采布置情况示意 3 针对煤柱开采的数值模拟研究 利用RFPARock Fracture Process Analysis 软件对开采煤柱的冲击发生危险性及巷道卸压效果 进行了数值模拟研究。从巷道变形和破坏情况来 看,沿煤层顶板距离运输道10 m布置卸压巷道时, 巷道都因为位移变形量大,发生破坏,有效降低了 应力,起到卸压作用。从而在工作面上放煤柱内布 置了一条卸压巷道。如图3所示。 13137上山;23137西中底分层工作面回风巷; 33137西中底分层工作面运输巷;43137西下 底分层工作面回风巷;5 卸压巷 图3 卸压巷道布置示意 从巷道顶板的垂直应力分布和大小来分析,沿 煤层顶板距离运输道10 m掘进卸压巷道以后,垂 直应力集中在30～40 MPa,有效降低了高应力区 域。实现了防治动压现象。 4 煤柱开采的冲击地压防治方法 411 冲击地压现象的防治措施 工作面运输道处于高应力叠加区域,需预先卸 压,根据数值模拟计算结果,卸压巷与工作面巷道 距离10 m,沿顶板布置。同时卸压巷道又避开高 应力叠加区域,保障卸压巷道掘进期间的安全。 工作面回风道虽然布置在卸压区域,但距离高 应力叠加区域比较近最小距离8 m左右,可能 被高应力震源波及到,同样需要进行隔离式卸压, 回风巷道卸压利用了原板分层的工作面巷道作为卸 压巷。 412 防治方法 底分层综放工作面进入煤柱后,仍然采用综合 机械化放顶煤工艺推采,为放顶煤开采对工作面的 应力环境具有明显的改善作用。工作面推进至煤柱 100 m前,在煤柱中距离运输道10 m处,沿煤层 顶板掘进卸压巷道,并在该巷道两帮进行钻孔爆破 卸压。爆破完毕后,回撤该巷道。并在工作面上山 两侧施工密排卸压钻孔,改善上山应力状况。利用 钻屑法对工作面、巷道进行冲击危险性日常监测。 加强工作面巷道、上山巷道支架的日常维护;对拱 形支架的卡缆进行遮挡,防止崩卡伤人;加强巷道 洒水灭尘效果;对各种材料、设备加强固定等。 下转第5页 2 22 王继勇促进剂用量对树脂锚杆锚固剂凝胶时间的影响2008年第11期 表3 促进剂用量对UP - 2锚固剂凝胶时间的影响 温度/ ℃ 凝胶时间/s 018114210310 - 102151029588 0102575248 1063503935 2027222119 注百分数表示促进剂用量占UP - 2不饱和聚酯树脂用量的 百分比。 同理,由化学反应速率方程及Arrhenius方程, 可以得出不同用量促进剂下UP - 2锚固剂的固化 反应活化能,见表4。 表4 不同促进剂用量对UP - 2锚固剂 固化反应活化能的影响 名 称 活化能/kJmol- 1 018114210310 UP - 2锚固剂42193301233018631150 注百分数表示促进剂用量占UP - 2不饱和聚酯树脂用量的 百分比。 由表4可以得出相同的结论当促进剂用量为 114时,活化能最低,表明反应速率受温度的影 响最小,即锚固剂的凝胶时间受温度的波动最小, 具有较好的稳定性。 3 结 论 1选择2种型号的树脂UP - 1和UP - 2 作为锚固剂用基体树脂,在相同配方和温度下,考 察了促进剂用量对树脂锚固剂凝胶时间的影响。结 果表明,随着促进剂用量的增加, 2种锚固剂的凝 胶时间均显著下降,但当促进剂用量超过114 时,凝胶时间变化不大。 2由化学反应速率方程及Arrehnius方程得出 了2种锚固剂的固化反应活化能,结果显示,当促 进剂用量为114时,固化反应活化能均最小。表 明锚固剂的凝胶时间受温度的影响最小,具有较好 的稳定性。 3综合以上结论,可以得出锚固剂用促进 剂并非越多越好,其促进剂的用量有一合理范围, 应在114左右。 参考文献 [ 1] 郑重远,黄乃炯.树脂锚杆及锚固剂[M ].北京煤炭工 业出版社, 1983. 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