陳為強(qiáng)++申晨
摘要: 沖擊地壓誘發(fā)因素較多,一般可以分為三類,即自然的、技術(shù)的和組織管理方面的因素,技術(shù)因素中主要是開采引起局部應(yīng)力集中和采動(dòng)壓力大等。其主要原因是開采系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或不完善,或在堅(jiān)硬頂板條件下,開采導(dǎo)致較大的懸頂,造成較大的應(yīng)力集中。
關(guān)鍵詞:沖擊地壓;爆破;頂板;垮落
中圖分類號(hào):TD82-9 文獻(xiàn)識(shí)別碼:A 文章編號(hào):1001-828X(2016)016-000-01
一、工作面基本情況
W1121工作面傾斜長(zhǎng)度152m,可采走向長(zhǎng)度1424m,采高3.2m,放煤厚度6.3m,可采面積216448㎡,工作面傾角平均14°,工作面回采率82%。B2煤層是穩(wěn)定型的特厚煤層.
二、工作面沖擊地壓治理方案
W1121工作面為3號(hào)煤礦首采綜放工作面, W1121工作面沖擊地壓防治措施將從頂板、煤層兩方面進(jìn)行治理,即頂板處理方案和煤層處理方案。頂板處理方案包括:高壓水力定向致裂、超前深孔爆破;煤層處理方案包括:煤層注水、煤層深孔松動(dòng)爆破、大直徑空孔、煤體卸壓爆破。
(一)頂板處理方案
1.超前深孔預(yù)裂爆破
(1)頂板處理高度的確定
W1121工作面采高按平均為Hc=9m,設(shè)頂板崩落厚度為Hx,巖石碎脹系數(shù)為ξ=1.4,為保證冒落頂板能完全充填采空區(qū),根據(jù)公式計(jì)算的Hx=9/(1.4-1)=22.5m。
根據(jù)3號(hào)煤礦地質(zhì)條件,B2煤層上部33m處為B3煤層,依據(jù)頂板處理高度的計(jì)算,為留有一定的富余系數(shù),初步暫定W1121工作面頂板巖層處理范圍為沿工作面頂板至上方25m的垂直高度。由于下部25m是垮落區(qū)存在一定的空隙,剩余的8m巖石在自然垮落后產(chǎn)生的壓力,會(huì)得到有效的降解,不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊危險(xiǎn)性。
(2)爆破參數(shù)的確定
①炮孔直徑
采用深孔爆破弱化頂板,一般炮孔直徑在50mm~80mm。當(dāng)炮孔直徑較小時(shí),裝藥比較困難,而且爆破影響范圍與炮孔爆破直徑成正比關(guān)系,炮孔孔徑小爆破效果較差,但當(dāng)炮孔直徑太大時(shí),封泥困難,會(huì)影響爆破效果。W1121工作面深孔爆破炮孔直徑定為Φ75mm。
②組內(nèi)炮孔間距
炸藥爆炸后,從爆源向外依次形成壓碎區(qū)、裂隙區(qū)和震動(dòng)區(qū)。計(jì)算爆破作用下產(chǎn)生的裂隙區(qū)范圍,可以確定合理的炮孔間距。
不耦合裝藥爆破,作用于孔壁上的徑向應(yīng)力峰值,根據(jù)初始沖擊壓力Pr顯示,、D—分別為炸藥密度和爆速:=1.27×103kg/m3,根據(jù)三級(jí)煤礦許用乳化炸藥性能指標(biāo)及規(guī)格,爆速≥2.8×103 m/s, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值爆速取值D=4400m/s;
dc、db—分別為炸藥和炮孔直徑,為Φ60mm和Φ75mm;n—爆生氣體碰撞巖壁時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力增大倍數(shù),n=8~12,取12。
式中:巖石的泊松比v=0.2,抗拉強(qiáng)度σt=7.48MPa,三號(hào)乳化炸藥密度=1.27g/cm3,衰減指數(shù)a=1.3。說(shuō)明在炮眼直徑為Φ75mm,藥卷直徑在Φ60mm的情況下,炸藥爆炸后形成的裂隙區(qū)半徑為3194mm,直徑為6388mm。則組內(nèi)炮眼間距取6000~7000mm。
根據(jù)上述頂板的力學(xué)參數(shù)和3號(hào)乳化炸藥性能參數(shù),計(jì)算結(jié)果為裂隙區(qū)直徑大于7000mm。因此,在保證足夠安全的情況下,同時(shí)使工作面頂板產(chǎn)生預(yù)裂,達(dá)到頂板無(wú)法出現(xiàn)應(yīng)力集中的前提下,因此此次組炮間距定為12000mm。
③炮孔深度
炮孔深度主要由頂板的厚度、工作面長(zhǎng)度、煤層傾角、孔底距離、孔口距離確定,確定方法是根據(jù)這些參數(shù)用做圖法進(jìn)行確定。而炮孔深度不能太深,如炮孔太長(zhǎng)在裝藥中會(huì)增加很大的困難,且容易出現(xiàn)“卡孔”現(xiàn)象。
④封孔長(zhǎng)度
柱狀藥包爆破時(shí),煤巖體抗爆能力隨炮孔深度增加而增加,而炸藥爆煤巖能力與封孔長(zhǎng)度和煤巖體抗爆強(qiáng)度有關(guān)。若封孔長(zhǎng)度過(guò)短,抗爆能力降低,在爆炸時(shí)會(huì)產(chǎn)生拋擲漏斗影響爆破效果,特別是將破壞順槽的穩(wěn)定與支護(hù)。
根據(jù)一般情況考慮,深孔爆破時(shí)封孔長(zhǎng)度應(yīng)為孔深的25~30%,但考慮到爆破點(diǎn)距煤層頂板較近,容易造成架前漏頂事故,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)爆破點(diǎn)應(yīng)控制在煤層頂板上方4m以上。
⑤炮眼采用ZDY-1000型全液壓坑道鉆機(jī)施工,鉆頭為Φ75mm合金鋼鉆頭。
2.頂板超前預(yù)裂
煤層頂板是影響沖擊地壓發(fā)生的最重要因素之一。頂板爆破就是將頂板破斷,降低其強(qiáng)度,釋放因壓力而聚集的能量,減少對(duì)煤層和支架的沖擊振動(dòng)。在頂板彎曲下沉?xí)r,在條痕處形成拉應(yīng)力而斷裂。目前超前預(yù)裂爆破技術(shù)在我礦使用較成熟,在W1121工作面將繼續(xù)使用該項(xiàng)技術(shù)處理頂板。
具體施工參數(shù):
(1)設(shè)備及工具
鉆機(jī)的型號(hào):ZDY1000煤礦用全液壓坑道鉆機(jī),鉆機(jī)及配套鉆桿。
(2)炮孔布置及參數(shù)
超前開切眼10m處起,每12m一組炮孔,炮眼布置垂直于巷道中心線,確保預(yù)爆破超前工作面80m。
(3)裝藥參數(shù)及結(jié)構(gòu)
鉆孔采用黃土和水泥錨固劑聯(lián)合封孔。同組1#、2#、3#炮孔必須在全部施工完畢后再進(jìn)行起爆,上、下順槽炮嚴(yán)禁同時(shí)起爆,同組1#、2#、3#炮孔應(yīng)采用孔內(nèi)并聯(lián)空外串聯(lián)的爆破方式一次爆破。隨工作面推進(jìn)循環(huán)實(shí)施鉆眼放炮工作。
(二)上、下端頭超前預(yù)裂爆破
1.端頭超前欲裂爆破原理
為確保工作面在正?;夭善陂g滿足頂板隨采隨冒,避免尾巷超長(zhǎng)導(dǎo)致懸頂及時(shí)的釋放頂板彈性能,因此對(duì)工作面上下端頭頂板進(jìn)行超前預(yù)裂爆破。
2.炮孔布置及施工
(1)炮孔布置
端頭超前預(yù)裂孔分別布置在上順槽靠上幫開始施工,下順槽靠上幫開始施工。每組施工兩個(gè)鉆孔,孔深20m步距5m。
(2)鉆機(jī)型號(hào)
鉆機(jī)型號(hào):ZDY1000煤礦用全液壓坑道鉆機(jī),鉆機(jī)及配套鉆桿。
鉆孔采用黃土和水泥錨固劑聯(lián)合封孔。同組1#、2#炮孔必須在全部施工完畢后再進(jìn)行起爆,上、下順槽炮嚴(yán)禁同時(shí)起爆,同組1#、2#炮孔應(yīng)采用孔內(nèi)并聯(lián)空外串聯(lián)的爆破方式一次爆破。
三、效果
(一)頂板垮落效果檢驗(yàn)
微震法。通過(guò)微震對(duì)頂板微震事件的定位和能量分析,確定采空區(qū)后覆巖活動(dòng)和垮落特征。
鉆孔窺視法。通過(guò)兩個(gè)順槽端頭或工作面,施工采空區(qū)方向的鉆孔,利用鉆孔窺視儀進(jìn)行觀測(cè)頂板的垮冒情況。
(二)煤體沖擊危險(xiǎn)性解危效果
通過(guò)微震監(jiān)測(cè)、電磁輻射監(jiān)測(cè)、鉆屑監(jiān)測(cè)等進(jìn)行評(píng)價(jià)。
參考文獻(xiàn):
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現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息2016年16期