馬福軍 李宗超

(山東魯泰控股集團(tuán)有限公司)

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厚煤層綜放開(kāi)采沖擊地壓防治及工程實(shí)踐

馬福軍 李宗超

(山東魯泰控股集團(tuán)有限公司)

基于東灘煤礦43上13綜放工作面沖擊地壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，采用RFPA軟件對(duì)工作面回采過(guò)程沖擊地壓進(jìn)行數(shù)值模擬，并制定了鉆孔卸壓、深孔爆破等技術(shù)措施，有效降低了工作面發(fā)生沖擊地壓的可能性。實(shí)踐表明：大采深、煤層結(jié)構(gòu)、頂板特性、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜是導(dǎo)致43上13工作面發(fā)生沖擊地壓的主要因素。

厚煤層 RFPA數(shù)值模擬 沖擊地壓 鉆孔卸壓 深孔爆破

1 綜放工作面煤柱區(qū)域沖擊地壓顯現(xiàn)特征

(1)采區(qū)及工作面概況。東灘煤礦43上13綜放工作面位于四采區(qū)南部，主采3上煤層傾角10°，平均厚度6 m，埋藏深度596.86～672.86 m。煤層結(jié)構(gòu)發(fā)育兩層夾矸：一層位于3上煤底板之上1.80～2.40 m，厚0.02～0.03 m，巖性為粉砂質(zhì)泥巖；另一層位于3上煤底板之上4.00～5.37 m，厚0.30～1.28 m。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤厚穩(wěn)定。

直接頂為粉砂巖，深灰色，性脆，泥質(zhì)膠結(jié)，層理較發(fā)育，f=4～5，平均厚4.30 m；基本頂為中砂巖，淺灰～灰白色，以石英為主，含少量長(zhǎng)石及云母碎片，南薄北厚，f=6～7，平均厚14.70 m。

(2)沖擊地壓顯現(xiàn)特征。43上13綜放面切眼北側(cè)對(duì)應(yīng)43上14工作面運(yùn)順初始段，43上14工作面軌順與切眼沿空布置，自軌順掘進(jìn)到距開(kāi)門點(diǎn) 780 m 時(shí)切眼擴(kuò)刷完畢，掘進(jìn)過(guò)程中，全程監(jiān)測(cè)沖擊地壓，礦壓正常；當(dāng)運(yùn)輸順槽掘進(jìn)23 m時(shí)，迎頭及煤幫壓力正常，但在迎頭后側(cè)南幫發(fā)生吸鉆、卡鉆現(xiàn)象，在超標(biāo)鉆孔對(duì)應(yīng)位置北幫處施工監(jiān)測(cè)孔，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)。

2 43上13綜放工作面沖擊危害性數(shù)值模擬

為了解43上13工作面回采過(guò)程中沖擊地壓顯現(xiàn)狀況，采用RFPA數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬分析。

2.1 網(wǎng)格劃分

模型網(wǎng)格劃分為170 m×240 m(圖1)，在Y方向上均布加載15 MPa，X方向加零位移約束，計(jì)算步數(shù)為3步(包括步中步)。

圖1 43上13工作面數(shù)值模擬網(wǎng)格

2.2 數(shù)值模擬各巖層參數(shù)

力學(xué)參數(shù)以地質(zhì)報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，結(jié)合數(shù)值模擬反演所得數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。巖層參數(shù)如表1所示。

表1 模型巖層力學(xué)參數(shù)

2.3 數(shù)值模擬分析

經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬，分析43上13工作面超前支承壓力分布情況，見(jiàn)圖2。

圖2 43上13工作面垂直應(yīng)力監(jiān)測(cè)

由圖2可知，工作面超前支承壓力明顯影響范圍超前14～15 m處，峰值位置超前6～7 m處。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析

從頂板動(dòng)態(tài)儀監(jiān)測(cè)結(jié)果(圖3)可得出，在工作面前方3～16 m存在超前壓力影響。對(duì)43上13工作面進(jìn)行了30 m的超前支護(hù)，能夠有效地控制開(kāi)采對(duì)工作面巷道的影響。

圖3 43上13工作面頂板動(dòng)態(tài)儀監(jiān)測(cè)

3 43上13工作面沖擊危害性預(yù)防措施

遵照沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域的治理程序“監(jiān)測(cè)→解?！Ч麢z驗(yàn)→再治理→危險(xiǎn)解除”，及時(shí)消除沖擊地壓危險(xiǎn)隱患[1-3]。

3.1 大直徑鉆孔卸壓方法

在監(jiān)測(cè)出沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域，采取大直徑鉆孔卸壓[4-6]。鉆孔直徑不小于110 mm，垂直于巷幫，孔間距不大于3 m，深度16 m，鉆孔距底板1.2 m左右，單排布置。

若沖擊危險(xiǎn)區(qū)域不易施工大直徑鉆孔，也可采取中等直徑鉆孔卸壓預(yù)處理。采用德國(guó)哈澤瑪格公司生產(chǎn)的FIV型手持式氣動(dòng)鉆機(jī)，鉆頭直徑65 mm或國(guó)產(chǎn)ZQS-65/2.5手持式氣動(dòng)鉆機(jī)，鉆頭直徑75 mm，施工卸壓鉆孔，垂直于巷幫，間距1 m(或采用2 m/組，3孔/組布置)，鉆孔深度16 m，鉆孔距底板1.2 m左右，單排布置。

3.2 深孔爆破卸壓方法

在巷道幫部每隔3 m布置一個(gè)深孔爆破卸壓孔，孔徑42 mm，孔深10 m。選用礦用乳化炸藥(藥卷長(zhǎng)度150 mm，重100 g)，每孔裝30卷，重3.0 kg，長(zhǎng)度為4.5 m；采用正向裝藥，孔內(nèi)均勻布置4個(gè)并聯(lián)的雷管，采用MFD-150型起爆器，一次起爆1個(gè)炮眼。

4 結(jié) 論

按照東灘煤礦特厚煤層綜放工作面沖擊危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)體系、沖擊危險(xiǎn)控制體系和安全管理制度的要求，采取爆破卸壓、大直徑鉆孔卸壓解危等綜合防治措施，并實(shí)行監(jiān)測(cè)→解?！Ч麢z驗(yàn)→再治理→危險(xiǎn)解除的管理流程，有效地減少了礦壓顯現(xiàn)的強(qiáng)度，取得顯著的防治效果。

[1] 齊慶新,竇林名.沖擊地壓理論與技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.

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2016-09-09)

馬福軍(1978—)，男，通防部部長(zhǎng)，助理工程師，272100 山東省濟(jì)寧市。