王 景龍煤雞西礦業(yè)有限責任公司正陽煤礦
KJ 550沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)在正陽礦的應用
王景
龍煤雞西礦業(yè)有限責任公司正陽煤礦
為消除正陽煤礦一采區(qū)37#層右四孤島綜采面的沖擊地壓危險,通過運用綜合指數(shù)法進行沖擊地壓危險程度評估和等級劃分,決定采用KJ550煤礦沖擊地壓實時監(jiān)測系統(tǒng)對回采過程中的應力集中和轉(zhuǎn)移進行實時監(jiān)測,提出大直徑卸壓鉆孔解危措施和強支護措施,以實現(xiàn)沖擊地壓監(jiān)測預警和集中應力的釋放和轉(zhuǎn)移,降低殘采區(qū)孤島采煤工作面的沖擊危險性。
關健詞:沖擊地壓;孤島采煤;綜合評估;解危措施
近年來,隨著我國煤礦生產(chǎn)能力的提高、開采強度的增大,開采深度和開采范圍的增加,沖擊地壓已成為煤礦面臨的嚴重災害之一。正陽煤礦一采區(qū)37#層右四綜采面為殘區(qū)回收優(yōu)質(zhì)煤柱,受兩側(cè)采空區(qū)的應力疊加影響,在掘進期間礦壓顯現(xiàn)明顯,為提前防范煤柱內(nèi)集聚的彈性能突然釋放導致沖擊地壓。采用綜合指數(shù)法進行危險性評估,決定采用KJ550沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測回采期間煤體的應力,進行沖擊地壓危險區(qū)的三級預警、預報,并根據(jù)不同的危險程度提出相應的解危措施。
1.1地質(zhì)概況
一采區(qū)37#層右四面左右兩側(cè)均為采空區(qū),左側(cè)37#右一面為2014年回采,右側(cè)37#左二面于1998年回采結(jié)束,右側(cè)36B#左二面于2010年回采結(jié)束。該區(qū)域上方148m有45#采空區(qū),地表相對的是農(nóng)田,沒有河流及水體。本區(qū)域內(nèi)掘進的一采37#層,整體呈舒緩向斜構(gòu)造,傾向S,傾角3~8°。煤層發(fā)育較穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)較簡單,37#煤層結(jié)構(gòu)如下:37#層直接頂是細砂巖、0.35m頁巖夾煤線、0.2m煤、0.5m煤頁巖、0.5m煤、0.3m煤頁巖、1.0m煤,底板細砂巖。
1.2回采工藝
一采37#層右四面,工作面長度35m,煤厚2.8m,傾角8°,最大采深400m,采用綜合機械化采煤工藝,傾斜長臂式采煤方法,全部垮落法管理頂板。使用MG250/601-WD型采煤機,ZY4600-16/36型液壓支架,SGZ-764/500型刮板輸送機,循環(huán)進度0.6m。
2.1系統(tǒng)原理
KJ550煤礦沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)是基于“當量鉆屑量原理”和“多因素耦合指數(shù)法”研制的,能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測和實時報警沖擊地壓危險程度,對采掘工作面各個區(qū)段進行分段定級,三級預警。通過實時監(jiān)測采動應力場的變化規(guī)律,可找到高應力區(qū)及其變化趨勢,依據(jù)沖擊危險級別采取相應的防治措施。
2.2系統(tǒng)布置
根據(jù)井下情況,將主站放置在37#右四巷岔口,IP設置為172.16.10.200。1#線纜鋪設從主站至1#測點位置。2#線纜鋪設從主站至21#測點位置。光纜鋪設從主站至井下變電所光纖收發(fā)器,接入環(huán)網(wǎng),連接至地面監(jiān)測主機。
2.3測點布置
沿工作面下巷共布置40個測點,距開切眼40m處布置1#測點,1~5#測點間距20m,5~40#測點間距為15m,如圖2。使用ZQS-50/4.0氣動手持式鉆機,工作壓力0.5MPa,扭矩50N/m;套接麻花鉆桿配φ42mm鉆頭;鉆孔深度9m,開孔位置距巷道煤層底板1.5m,沿煤施工。
2.4應力計安裝
先將應力計油管順直,用安裝桿與應力計十字相連,水平放入監(jiān)測孔內(nèi);依次連接安裝桿,將應力計送至孔底。將壓力變送器、四通閥、快速接頭依次連接擰緊后與應力計末端油管相連;四通閥連接油泵,排出管內(nèi)空氣后,注油加壓至8MPa,待壓力穩(wěn)定后停止注油;將四通閥上錐閥擰緊,油泵卸壓,反方向旋轉(zhuǎn)退出安裝桿。將壓力變送器4芯分電纜通過四通接線盒和21芯主電纜相連,使應力信號實時傳至監(jiān)測主機。
2.5預警值設定
在給定初始預警值的基礎上,綠色預警小于8MPa;黃色預警8~10MPa,紅色預警大于10MPa。利用鉆屑法進行檢驗,分別在正常區(qū)和應力疊加區(qū)內(nèi)施工φ42mm鉆孔,記錄每米鉆屑量,直到找出應力預警值與臨界鉆屑量的對應關系,進行預警值二次標定后,系統(tǒng)生成一采區(qū)37#右四綜采面實時監(jiān)測應力場云圖,如圖1。
圖1 實時監(jiān)測應力場動態(tài)云圖
3.1超前卸壓
應用“應力三向化轉(zhuǎn)移”原理,在工作面下巷由里向外預先使用ZLJ-640型鉆機施工大直徑鉆孔進行卸壓,孔徑φ113mm,垂直巷幫沿煤穿透至上巷,孔深20m,孔間距3m,開孔高度1.2m,鉆孔超前工作面200m。使巷道周邊圍巖內(nèi)的高應力向深部轉(zhuǎn)移,預先形成一個低應力弱化帶。
3.2二次卸壓
如果監(jiān)測區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)黃色或紅色預警時,則應進行加密施工大直徑卸壓鉆孔或?qū)⒃秹嚎锥螖U孔至φ153mm孔徑,也可將鉆孔使用水泥砂漿封孔后,連接井下靜壓水管路進行煤層注水,使煤體軟化,降低煤的強度,達到卸壓解危目的。
3.3兩巷超前支護
回風上巷寬3.4m,運輸下巷寬4.2m,高3.0m,上下兩巷超前支護距離80m,下巷人行道采用雙排單體液壓支柱配鉸接頂梁支護,支柱中心距離0.8m,上巷3排支柱排拒1.2m,柱距0.8m縱向鉸接,橫向固定,全部使用防倒繩栓牢,注液閥方向一致,不準朝向行人側(cè)。
4.1通過綜合評估法確定一采37#層右四工作面具有弱沖擊危險。其主要影響因素為開采技術條件影響。正常開采時,工作面推進度不超過15m,日產(chǎn)量2000t。
4.2通過采用KJ550系統(tǒng)實時監(jiān)測預警生產(chǎn)過程中造成應力集中,以便采取針對性解危措施,解除沖擊地壓危險。
[1]沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定,煤炭工業(yè)部,1987.
[2]于正興.礦山?jīng)_擊地壓危險性實時監(jiān)測預警研究[D].北京:北京科技大學,2011.
王景(1983-),男,山東省曹縣人,工程師,雙學士學位,2007年畢業(yè)于黑龍江科技學院采礦工程專業(yè),現(xiàn)任正陽煤礦計劃科科長。