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        工作面沖擊地壓治理研究與應用

        2016-07-26 05:29:21陳為強申晨
        現(xiàn)代經(jīng)濟信息 2016年16期
        關(guān)鍵詞:沖擊地壓爆破頂板

        陳為強++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力集中和采動壓力大等。其主要原因是開采系統(tǒng)設(shè)計不合理或不完善,或在堅硬頂板條件下,開采導致較大的懸頂,造成較大的應力集中。

        關(guān)鍵詞:沖擊地壓;爆破;頂板;垮落

        中圖分類號:TD82-9 文獻識別碼:A 文章編號:1001-828X(2016)016-000-01

        一、工作面基本情況

        W1121工作面傾斜長度152m,可采走向長度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)公式計算的Hx=9/(1.4-1)=22.5m。

        根據(jù)3號煤礦地質(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,會得到有效的降解,不會產(chǎn)生較強的沖擊危險性。

        (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。當炮孔直徑較小時,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,但當炮孔直徑太大時,封泥困難,會影響爆破效果。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)和震動區(qū)。計算爆破作用下產(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)三級煤礦許用乳化炸藥性能指標及規(guī)格,爆速≥2.8×103 m/s, 根據(jù)經(jīng)驗值爆速取值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產(chǎn)生的應力增大倍數(shù),n=8~12,取12。

        式中:巖石的泊松比v=0.2,抗拉強度σt=7.48MPa,三號乳化炸藥密度=1.27g/cm3,衰減指數(shù)a=1.3。說明在炮眼直徑為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)上述頂板的力學參數(shù)和3號乳化炸藥性能參數(shù),計算結(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,同時使工作面頂板產(chǎn)生預裂,達到頂板無法出現(xiàn)應力集中的前提下,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)用做圖法進行確定。而炮孔深度不能太深,如炮孔太長在裝藥中會增加很大的困難,且容易出現(xiàn)“卡孔”現(xiàn)象。

        ④封孔長度

        柱狀藥包爆破時,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度和煤巖體抗爆強度有關(guān)。若封孔長度過短,抗爆能力降低,在爆炸時會產(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。

        根據(jù)一般情況考慮,深孔爆破時封孔長度應為孔深的25~30%,但考慮到爆破點距煤層頂板較近,容易造成架前漏頂事故,根據(jù)經(jīng)驗爆破點應控制在煤層頂板上方4m以上。

        ⑤炮眼采用ZDY-1000型全液壓坑道鉆機施工,鉆頭為Φ75mm合金鋼鉆頭。

        2.頂板超前預裂

        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,降低其強度,釋放因壓力而聚集的能量,減少對煤層和支架的沖擊振動。在頂板彎曲下沉時,在條痕處形成拉應力而斷裂。目前超前預裂爆破技術(shù)在我礦使用較成熟,在W1121工作面將繼續(xù)使用該項技術(shù)處理頂板。

        具體施工參數(shù):

        (1)設(shè)備及工具

        鉆機的型號:ZDY1000煤礦用全液壓坑道鉆機,鉆機及配套鉆桿。

        (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行起爆,上、下順槽炮嚴禁同時起爆,同組1#、2#、3#炮孔應采用孔內(nèi)并聯(lián)空外串聯(lián)的爆破方式一次爆破。隨工作面推進循環(huán)實施鉆眼放炮工作。

        (二)上、下端頭超前預裂爆破

        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,避免尾巷超長導致懸頂及時的釋放頂板彈性能,因此對工作面上下端頭頂板進行超前預裂爆破。

        2.炮孔布置及施工

        (1)炮孔布置

        端頭超前預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。每組施工兩個鉆孔,孔深20m步距5m。

        (2)鉆機型號

        鉆機型號:ZDY1000煤礦用全液壓坑道鉆機,鉆機及配套鉆桿。

        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行起爆,上、下順槽炮嚴禁同時起爆,同組1#、2#炮孔應采用孔內(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

        微震法。通過微震對頂板微震事件的定位和能量分析,確定采空區(qū)后覆巖活動和垮落特征。

        鉆孔窺視法。通過兩個順槽端頭或工作面,施工采空區(qū)方向的鉆孔,利用鉆孔窺視儀進行觀測頂板的垮冒情況。

        (二)煤體沖擊危險性解危效果

        通過微震監(jiān)測、電磁輻射監(jiān)測、鉆屑監(jiān)測等進行評價。

        參考文獻:

        [1]邢???煤礦支護手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1993.

        [2]高延法等.礦山巖體力學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2000.

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