常剛政

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院 ;2.太原煤氣化公司)

近年來，隨著安泰煤礦開采深度的增加，煤層埋藏深度進(jìn)入了沖擊地壓多發(fā)區(qū)域，頂?shù)装寰鶠橛采皫r層，容易積聚能量，使煤體產(chǎn)生應(yīng)力集中。多層開采產(chǎn)生的采動(dòng)影響較為強(qiáng)烈，增強(qiáng)了沖擊危險(xiǎn)性，特別開采到西二采區(qū)后，沖擊災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。

1 沖擊地壓發(fā)生原因分析

①統(tǒng)計(jì)顯示，沖擊地壓在我國顯現(xiàn)頻率最高的采深為600 m，該礦西二采區(qū)采深恰在600 m左右;②頂板較堅(jiān)硬，容易懸頂，造成應(yīng)力集中，彈性勢(shì)能聚集形成沖擊;③煤巖構(gòu)造復(fù)雜，水平應(yīng)力大，是沖擊地壓的先天條件;④留設(shè)煤柱過寬，雖然對(duì)頂板支撐較好，但同時(shí)本身聚集能量，為沖擊地壓的誘因。

2 沖擊煤巖體能量釋放原理

從發(fā)生機(jī)理方面，沖擊地壓可以解釋為，在地質(zhì)構(gòu)造和開采方法的影響下，煤巖受到高應(yīng)力作用發(fā)生形變，能量突然釋放［1-2］。雙鴨山礦區(qū)沖擊地壓現(xiàn)象表現(xiàn)出煤巖大量拋出、生產(chǎn)設(shè)備損壞等現(xiàn)象。依據(jù)綜合考量近遠(yuǎn)載荷，動(dòng)力源自頂板或者高位巖層，每次沖擊均為兩幫損壞，沖擊過程中斷裂頂板動(dòng)載荷起到了關(guān)鍵作用［3-4］。此外，僅僅是高應(yīng)力區(qū)發(fā)生沖擊，超前應(yīng)力對(duì)區(qū)段煤柱產(chǎn)生作用，沖擊地壓發(fā)生在震源自由面附近，此處為最強(qiáng)的動(dòng)載作用［5-6］。在動(dòng)靜加載下，礦井沖擊地壓機(jī)理模型如圖1所示。

3 西二采區(qū)沖擊地壓及瓦斯防治方法

3.1 沖擊地壓防治

3.1.1 大直徑煤體鉆孔卸壓機(jī)理

鉆孔圍巖受力平衡被打破，煤體承載強(qiáng)度降低，孔周應(yīng)力集中超過了圍巖受力極限，孔壁發(fā)生塑性形變區(qū)域加大［7-8］。大直徑孔空間大，變形量大，孔壁形成破裂區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)，如圖2所示。

圖1 礦井沖擊煤巖體能量釋放原理

圖2 大直徑煤體鉆孔卸壓機(jī)理

3.1.2 大直徑煤體鉆孔布置

在一定的構(gòu)造和地應(yīng)力環(huán)境下，大直徑鉆孔是提高卸壓效果的有效手段。

3.1.2.1 煤層上幫鉆孔卸壓

孔深約15 m，保持1.5 m孔間距，鉆孔和煤層傾角保持同步，沿走向平行布置，孔徑133 mm。煤壁切眼外150 m為起始位置，卸壓孔間隔為1.5 m，最后一孔在B1點(diǎn)前45 m，高度為煤層中部，如圖3所示。

3.1.2.2 煤體下幫鉆孔卸壓

孔深約60 m，保持3.0 m孔間距，鉆孔和煤層傾角保持同步，沿走向平行布置，孔徑133 mm;煤壁切眼往外150 m為起始位置，卸壓孔間距3.0 m，B1之前45 m為終點(diǎn)，如圖4所示。卸壓孔鉆好，采用水泥砂漿封孔，封孔不小于200 mm。

圖3 上幫煤層卸壓鉆孔布置(單位:m)

圖4 下幫煤體卸壓孔布置(單位:m)

3.2 瓦斯治理方法

3.2.1 仰角鉆法

在西二采區(qū)回風(fēng)順槽距離工作面25 m的位置布置鉆場(chǎng)，利用2400型液壓鉆機(jī)向冒落拱上方鉆孔。為了使抽放效果更為理想，鉆孔盡量與冒落拱相切，以抽放到上部卸載層及采空區(qū)的瓦斯，如圖5所示。鉆孔施工完畢，安裝瓦斯抽放管路，經(jīng)瓦檢員測(cè)得，單個(gè)鉆孔濃度可以達(dá)到2.5～4 m3/min，有效降低了采空區(qū)、采區(qū)瓦斯涌出率。

3.2.2 本煤層深孔爆破抽放法

圖5 向冒落拱上方打鉆抽采采空區(qū)瓦斯

在西二采區(qū)回采工作面的運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷布置鉆孔。要求鉆孔方向平行于工作面，爆破鉆孔間距為10 m，2個(gè)爆破孔中間施工一個(gè)控制孔，孔深均為50 m。爆破孔裝藥長度為35 m，封孔距離為15 m;控制孔不裝藥，為煤體裂隙發(fā)育提供自由面。炸藥用導(dǎo)爆索引爆，使煤體松動(dòng)產(chǎn)生裂隙，提高了煤層透氣性和瓦斯?jié)B透率，同時(shí)釋放煤體承受的集中應(yīng)力，有效預(yù)防了沖擊地壓的發(fā)生。

4 結(jié)論

通過研究，得出區(qū)段煤柱和堅(jiān)硬頂板應(yīng)力集中是導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)生的主要原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定了煤層鉆孔卸壓的施工方案。通過使用大孔徑煤體鉆孔卸壓技術(shù)，仰角鉆和煤層深孔爆破抽放法，使西二采區(qū)沖擊地壓及瓦斯突出災(zāi)害得到了有效治理，確保了煤礦的安全生產(chǎn)。

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