賈方偉
山西某礦井東三盤區(qū)14-3#層8503 工作煤層之上8 m~14 m 為14-2#層采空區(qū),因受上覆14-2#層8502、8504采空區(qū)隔離煤柱與11-2#層8520、8522采空區(qū)隔離煤柱疊加應(yīng)力影響,5503 巷應(yīng)力較集中,有發(fā)生礦壓集中顯現(xiàn)的危險(xiǎn)。
在8503工作面搬家穩(wěn)裝期間,5503巷受煤柱疊加應(yīng)力影響共斷裂錨桿10根,錨索6根。當(dāng)工作面回采至130 m 時(shí),工作面59#~92#架對應(yīng)工作面煤壁壓力大,片幫較嚴(yán)重,且5503 巷超前支護(hù)段60 m 范圍發(fā)生底鼓,底鼓量最大為0.6 m。
為保證8503工作面的安全回采,本文對近距煤層過上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度進(jìn)行了分析和評價(jià),并提出了針對性的治理措施,降低了應(yīng)力集中程度,保證了礦井安全生產(chǎn)。
采用綜合指數(shù)法對8503 面進(jìn)行強(qiáng)礦壓的早期分析預(yù)測,從而為采取合理的強(qiáng)礦壓治理方法提供依據(jù)。
(1)8503面影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的地質(zhì)因素及指數(shù)Wt1見表1。
8503 工作面周圍地質(zhì)條件對強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的影響程度及強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定的指數(shù)為:
表1 地質(zhì)條件影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素及危險(xiǎn)指數(shù)
(2)8503面影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的開采技術(shù)因素及指數(shù)Wt2
表2 開采技術(shù)條件影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素及指數(shù)
8503 工作面周圍開采技術(shù)條件對強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的影響程度及強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定的指數(shù)為:
(3)8503 面強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)Wt:
以此可圈定強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度。
(4)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度的評定
當(dāng)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)Wt=0.3~0.5時(shí),采掘工作面危險(xiǎn)狀態(tài)等級為弱。8503面強(qiáng)礦壓綜合指數(shù)Wt=0.3,因此評定該面危險(xiǎn)狀態(tài)等級為弱。
電磁輻射可用來預(yù)測煤巖災(zāi)害動力現(xiàn)象,其主要參數(shù)是電磁輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)。電磁輻射強(qiáng)度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強(qiáng)度,脈沖數(shù)主要反映了煤巖體變形和微破裂的頻次。本礦井主要采用臨界值法,即強(qiáng)度臨界值取值為100 mv,脈沖臨界值取值為9 000 Hz。
經(jīng)觀測,8503 面電磁輻射數(shù)據(jù)較大,表明巷道應(yīng)力較集中(見圖1)。
圖1 電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)
通過綜合指數(shù)分析法預(yù)測8503 面強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級為弱,且5503 巷應(yīng)力較為集中,為確保工作面的安全回采,礦井采用卸壓方式進(jìn)行強(qiáng)礦壓的治理[1]。
做為釋放煤、巖體中的彈性能量,改變其釋放形式,煤體卸壓鉆孔是一種十分有效的措施。卸壓鉆孔形成后,提供了煤、巖體變形的補(bǔ)償空間,有效地提前緩慢釋放了煤、巖體中的能量。因此礦井設(shè)計(jì)并施工了8503工作面卸壓鉆孔。
設(shè)計(jì)參數(shù):在5503 巷工作面幫距底板0.4 m 處施工一排直徑108 mm、深度15 000 mm 的卸壓孔;鄰空幫距底板0.4 m 處施工一排直徑108 mm、深度8 000 mm的卸壓孔,孔間距均為1 m,鄰空幫卸壓孔施工后用黃土封孔1 m。
圖2 卸壓孔設(shè)計(jì)參數(shù)
通過在5503 巷施工底板卸壓爆破孔進(jìn)行爆破松動,以增加巷道底板的可變形空間,釋放底板中蓄積的彈性能,降低應(yīng)力集中程度強(qiáng)度,減小巷道底鼓量[2]。
設(shè)計(jì)參數(shù):5503 巷距工作面幫0.4 m,垂直底板施工一排直徑42 mm、深度1 200 mm 的炮孔,孔間距1 m,每孔裝兩卷三級煤礦許用膏狀乳化炸藥。
圖3 底板卸壓爆破孔設(shè)計(jì)參數(shù)
為降低14-3#層?xùn)|三盤區(qū)8503面應(yīng)力集中程度,分別在5503巷施工卸壓孔與底板卸壓爆破孔,下圖為實(shí)施鉆孔卸壓、底板卸壓爆破后電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)。
圖4 施工后電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)
從電磁輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)分析卸壓孔及底板卸壓爆破孔施工后,監(jiān)測數(shù)據(jù)強(qiáng)度值及脈沖數(shù)明顯降低,緩解了5503 巷應(yīng)力集中程度。現(xiàn)場觀察當(dāng)工作面推進(jìn)至卸壓孔施工區(qū)域時(shí),5503巷超前支護(hù)20 m范圍卸壓孔全部塌孔,卸壓效果明顯,且實(shí)施底板卸壓爆破后,巷道未發(fā)生底鼓。
圖5 卸壓孔塌孔圖
通過在近距煤層過上覆煤柱巷道實(shí)施卸壓解危措施,有效降低了巷道應(yīng)力集中程度,避免了過上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓的發(fā)生,解決了8503工作面應(yīng)力集中的難題,實(shí)現(xiàn)了近距煤層過上覆煤柱工作面的安全回采,有效提升了礦山安全技術(shù)水平。
隨著礦山開采強(qiáng)度的增加,強(qiáng)礦壓危害將日趨嚴(yán)重,近距煤層過上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓治理為降低巷道應(yīng)力集中程度,提供了一種可行有效的治理方法,有著廣泛的應(yīng)用前景。