李洪賓

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)曙光煤礦，山西 孝義 032308）

1 位置及周邊關(guān)系

1309綜采工作面井下位置為東翼采區(qū)北翼1307工作面東部，南至軌道下山，北至f13斷層保護(hù)煤柱，西為1307回采工作面，現(xiàn)已正在回采，與1307下順槽間距4m。該工作面南頭位于劉官屯以西498m，北頭位于新莊村舊址以北146m，地面大部為農(nóng)田、排水溝和楊樹林。1309綜采工作面走向長(zhǎng)度約2 100m，傾斜長(zhǎng)200m，煤層平均厚度2.7m。

2 沖擊地壓解危措施

對(duì)于1309工作面，主要采取鉆孔卸壓的方式進(jìn)行解危。卸壓鉆孔的主要參數(shù)為：孔深15m，鉆孔直徑大于110mm，一般危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)孔間距5m，中度危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)孔間距3m，單孔布置。

鉆孔卸壓采用煤體鉆孔可以釋放煤體中積聚的彈性變性能，解除沖擊地壓發(fā)生的能量條件，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性，這種方法操作簡(jiǎn)便、成本較低，而且能夠取得一定的控制效果。在支承壓力區(qū)域內(nèi)，采用大直徑的鉆孔進(jìn)行卸壓，以此破壞巷道圍巖結(jié)構(gòu)，釋放彈性變形能，使巷道處于低應(yīng)力狀態(tài)［1］。

在高地應(yīng)帶鉆孔時(shí)，由于積聚的彈性變形能更大，所以鉆孔時(shí)產(chǎn)生的沖擊就會(huì)越多，強(qiáng)度也會(huì)越大。煤層支承壓力峰值、鉆孔的破裂和卸壓示意圖如圖1所示。

圖1 鉆孔的卸壓示意圖

卸壓鉆孔的布置方式如下頁(yè)圖2所示。實(shí)踐證明：鉆孔卸壓可很好地完成沖擊地壓的解危工作。優(yōu)點(diǎn)是能把鉆孔深入到高應(yīng)力帶，卸壓的效果很好，靈活而且可靠，壓力越大，卸壓效果越好，而且這種方法也可應(yīng)用于惡劣的煤層條件。但它也存在一定的缺陷，如鉆孔耗時(shí)耗力，增加生產(chǎn)成本，有時(shí)也會(huì)影響礦井的正常生產(chǎn)等。

3 其他解危措施

3.1 煤層注水卸壓

大量的研究表明：煤系地層巖層的單向抗壓強(qiáng)度隨著含水率的增加而降低，同樣，煤的強(qiáng)度和它的沖擊傾向性指數(shù)也隨煤的濕度增加而降低［2］，注水的目的就在于改變煤（巖）體的力學(xué)性質(zhì)，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性。注水可分為：短鉆孔注水法、長(zhǎng)鉆孔注水法和聯(lián)合注水法。應(yīng)根據(jù)具體的煤層條件進(jìn)行選擇。

圖2 卸壓鉆孔布置方式

試驗(yàn)研究表明，水對(duì)煤（巖）體的強(qiáng)度特性、變形特性和沖擊傾向性都有重要的影響。樣品注水前后的應(yīng)力變化曲線如圖3所示。

圖3 某煤樣注水前后應(yīng)力應(yīng)變曲線

3.1.1 煤層注水的工藝參數(shù)

1）注水孔布置參數(shù)。注水地點(diǎn)選在掘進(jìn)完成的運(yùn)輸、回風(fēng)順槽內(nèi)。注水孔根據(jù)具體條件可以沿走向布置，也可以沿傾斜方向布置?？卓趹?yīng)布置在容易封口的部位，以利于封孔和防止漏水。注水孔直徑一般為45～90mm，長(zhǎng)度為20～100m。

2）注水量。應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層的性質(zhì)通過試驗(yàn)確定注水量，以煤層沖擊傾向消失作為確定合理的含水率增值或總含水率的原則。試驗(yàn)確定合理的含水率增值后，根據(jù)鉆孔承擔(dān)的濕潤(rùn)煤量計(jì)算注水量。一般按下式計(jì)算：

式中：Q為每個(gè)注水孔的注水量，t；T為一個(gè)注水孔所承擔(dān)的濕潤(rùn)煤量，t；W為合理的含水率增值，%；K為富裕系數(shù)，一般大于1.5。T可由下式計(jì)算：

式中：L為待注水煤體沿鉆孔方向的長(zhǎng)度，m；S為注水孔間距，m；M為煤層的平均煤厚，m；γ為煤的密度，t／m3。

3）注水壓力和流量。注水壓力和流量應(yīng)按實(shí)際條件試驗(yàn)確定。試驗(yàn)時(shí)，可逐級(jí)增加注水壓力，測(cè)定實(shí)際的注水流量，作出壓力—流量曲線，如圖4所示，然后根據(jù)實(shí)際注水壓力—流量曲線，確定合理的工況點(diǎn)。

圖4 注水壓力與注水流量關(guān)系曲線

4）注水時(shí)間。煤層的純注水時(shí)間可以根據(jù)所需的注水量和實(shí)際的注水流量進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q為鉆孔需要的注水量，t；t為純注水時(shí)間，h；q為注水泵工況流量，t／h。

5）注水工藝。煤層注水工藝包括鉆孔、封孔和注水3個(gè)工序。鉆孔一般用輕型液壓鉆機(jī)，常用液壓鉆機(jī)的技術(shù)特征見表1。注水泵常用3DS—1.8／200型等煤層注水泵，常用注水泵的技術(shù)持征見下頁(yè)表2，具體應(yīng)根據(jù)煤層、開采條件選定。

表1 常用液壓鉆機(jī)的主要技術(shù)特征

3.1.2 煤層注水適用條件

煤層要有一定的空隙率與親水性，對(duì)于空隙少的煤層可以采用爆破的方法提高空隙率；煤層具有很好的賦存條件，完成鉆孔的施工后，鉆孔壁能保持穩(wěn)定；有較好的頂、底板條件及無(wú)斷層等較大的地質(zhì)構(gòu)造。

表2 常用水泵的主要技術(shù)特征

3.1.3 1309工作面煤層注水參數(shù)

注水方法：深孔注水方式；鉆孔位置：1309工作面上、下順槽，平行于工作面布置；鉆孔間距：10～12m；鉆孔深度：80～100m；鉆孔直徑：65mm；鉆孔角度：孔高距底板1m，考慮到巷道的起伏，掌握孔高為煤層的一半，平行頂板鉆孔，鉆孔的角度與煤層傾角一致，鉆孔的方位角垂直于煤壁。

3.2 爆破卸壓

振動(dòng)爆破是一種特殊的爆破，它與爆破落煤有所不同。振動(dòng)爆破的主要任務(wù)是炸藥爆炸后，形成強(qiáng)烈的沖擊波，使得巖體振動(dòng)［3］。振動(dòng)爆破就是要使振動(dòng)的范圍盡量的大，最好涉及整個(gè)的工作面長(zhǎng)度。以此來(lái)破壞沖擊地壓形成的能量條件。在工作面前方形成卸壓帶，如圖5所示。大量礦井實(shí)踐表明［4－5］，工作面前方和巷道兩幫如果始終有一個(gè)寬度5～10m的保護(hù)帶，沖擊地壓就能得到有效防治。

圖5 卸壓爆破示意圖

根據(jù)1309工作面煤層的具體情況，使用爆破卸壓方法前必須先用鉆孔卸壓對(duì)沖擊地壓的危險(xiǎn)程度進(jìn)行初步估計(jì)，達(dá)不到卸壓效果時(shí)再采用爆破卸壓的方法進(jìn)行解危。爆破結(jié)束后，利用鉆屑法對(duì)解危的效果進(jìn)行檢查，如果一次爆破仍不能達(dá)到解危的目的，則進(jìn)行第二次、第三次，直到達(dá)到理想的解危效果。

爆破孔布置方式應(yīng)根據(jù)具體條件確定。爆破孔的孔深取決于卸壓深度，一般要求等于或大于整個(gè)應(yīng)力集中區(qū)的寬度。通常用煤電鉆打眼，孔徑50～55mm，孔間距4～10m，每孔裝藥量按不超過孔深一半計(jì)算，—般為1.5～3.5kg，鉆孔不裝藥部分必須填滿水炮泥或粘土炮泥，躲炮距離150m，躲炮時(shí)間30～40min以上。為不影響生產(chǎn)，可在準(zhǔn)備班放炮，一次起爆4～6個(gè)孔。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于1309工作面，主要采取鉆孔卸壓、煤層注水和爆破卸壓等方式相結(jié)合的方法進(jìn)行解危。對(duì)超前工作面主要采用煤層注水的方法進(jìn)行解危，對(duì)于一般性的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)采用鉆孔卸壓的解危措施，而對(duì)于鉆孔卸壓達(dá)不到解危要求的區(qū)域采用爆破卸壓。

［1］ 閆永敢，朱濤，張百勝，等.沖擊地壓震源機(jī)理研究［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（3）：228－230.

［2］ 周澎.華亭煤礦綜放煤柱區(qū)沖擊地壓防治研究［D］.西安：西安科技大學(xué)，2010（5）：30－32.

［3］ 王蓓，吳繼忠，Bernard DRZEZLA.采礦地質(zhì)因素評(píng)定沖擊地壓危險(xiǎn)［J］.礦山壓力與頂板管理，2001（1）：72－74.

［4］ 李偉.南屯煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（4）：39－42.

［5］ 徐厚學(xué).江合煤礦煤巖層沖擊地壓危險(xiǎn)性與防治技術(shù)研究［J］.重慶大學(xué)，2010（2）：35－37.