濟三煤礦深部采區沖擊礦壓綜合治理技術＊

呂建為 牟宗龍

(1.兗礦集團公司生產技術部,山東省鄒城市,273502;2.兗礦集團有限公司博士后工作站,山東省鄒城市,273503;3.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇省徐州市,221116)

濟三煤礦深部采區沖擊礦壓綜合治理技術＊

呂建為1牟宗龍2,3

(1.兗礦集團公司生產技術部,山東省鄒城市,273502;2.兗礦集團有限公司博士后工作站,山東省鄒城市,273503;3.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇省徐州市,221116)

根據濟三煤礦地質條件和開采技術條件,分析確定深部六采區6303工作面具有中等沖擊危險性,沖擊危險指數為0.63。針對此,在6303工作面開采期間采取了煤體大直徑鉆孔卸壓、煤體爆破卸壓和頂板預裂爆破等幾項技術措施,并配合采用鉆屑法、電磁輻射法和鉆孔窺視儀檢測法對治理效果進行了檢驗,結果表明,幾項技術措施的實施降低了煤體和頂板的沖擊危險性。

沖擊礦壓 影響因素 堅硬頂板 濟三煤礦

1 概況

2 沖擊礦壓影響因素分析

沖擊礦壓發生的原因是多方面的,總體上可分為3類,即自然因素、技術因素和組織管理因素。根據濟三煤礦6303工作面地質條件及生產技術條件,經綜合指數法分析,確定6303工作面的沖擊礦壓危險指數為0.63,故屬于中等沖擊危險工作面。其主要沖擊影響因素見表1。

表1 沖擊影響因素分析表

3 沖擊礦壓危險的綜合治理技術措施

3.1 鉆孔卸壓

依據對沖擊危險性的分析及電磁輻射危險狀態的監測結果,在工作面前方輔助回風巷1500 m點施工卸壓鉆孔,釋放聚集在煤體中的彈性變形能,同時鉆孔在煤體內形成卸壓帶,使煤體產生松動,降低煤體集中的高應力,減弱或消除沖擊危險。6303工作面輔助回風巷共施工卸壓鉆孔6個,深度8.3～18.5 m,孔徑為56 mm、110 mm和130 mm。由于煤體內應力集中程度較高,因此在施工卸壓鉆孔時較困難,施鉆過程中常出現卡鉆、抽取鉆桿困難和孔內頻繁出現煤炮聲等現象,這說明煤體內存在較大的壓力,煤體深部存在沖擊危險。隨后在施工小直徑爆破鉆孔時,在鉆孔卸壓區附近打鉆容易,煤粉量很低,說明鉆孔卸壓有較好效果。

3.2 煤體卸壓爆破

對于應力集中程度較高且已具有沖擊危險的煤層,常采用煤體卸壓爆破以減緩應力集中程度。該措施能在煤體中產生大量裂隙,改變煤體的力學性質,降低煤體整體彈性模量和強度,減少彈性能的聚集,破壞沖擊礦壓發生的能量和強度條件。

在6303工作面前方150～200 m范圍內輔助回風巷進行了煤體卸壓爆破。采用煤電鉆施工煤幫炮眼,鉆桿為麻花鉆桿,鉆頭直徑為42 mm。炮眼距底板1.2 m,炮眼深度為10 m,間距為4 m,呈單排布置,炮眼垂直煤幫并平行于煤層,裝藥6.0 m,封孔長度為3～3.5 m,水膠炸藥配合毫秒延期,第1段使用電雷管制作炮頭,采用FMB-200型發爆器起爆,炮眼布置結構見圖1。

圖1 爆破鉆孔裝藥示意圖

3.3 頂板預裂爆破

理論證明,煤巖體內聚集的彈性勢能與頂板懸頂長度的5次方成正比。由于六采區頂板厚而堅硬,鄰近6302工作面采空區側的輔助回風巷頂板存在大范圍懸頂,聚集了大量的彈性勢能,因受到采動影響,懸頂發生斷裂下沉,釋放大量的震動能量,從而引發沖擊礦壓。

因此,采用破壞頂板的完整性,減小采空區的懸頂長度等措施,可減小頂板對沖擊礦壓發生的影響。爆破采用錨桿鉆機施工,鉆桿為1.5 m六角中空鋼釬,鉆頭直徑為30.5 mm。炮眼深度為10.0 m,間距為3.0 m,炮眼距6302工作面采空區側煤幫300 mm,朝向采空區,與水平方向成75°夾角,呈單排布置,見圖2。

炮眼裝炮、封孔及引爆等工藝同煤體卸壓爆破各項工藝。

圖2 炮眼布置示意圖

4 治理效果

在6303工作面沖擊礦壓治理過程中,同時采用鉆屑法、電磁輻射法和頂板裂隙觀測法檢測爆破卸壓和解危效果。

鉆屑量監測結果表明,大直徑鉆孔卸壓和爆破卸壓前的煤粉量超過預先確定的臨界值,在鉆孔施工過程中,有明顯的卡鉆、吸鉆和鉆進困難等異常現象;卸壓后,煤粉量大為降低,沒有超過臨界煤粉量,施工過程正常,沒有卡鉆和吸鉆等現象,說明煤體內聚集的應力和能量得到了有效釋放,沖擊危險性明顯降低。電磁輻射監測結果表明,爆破卸壓前,電磁輻射強度、脈沖數值均較高;卸壓后,兩者都明顯降低。

采用鉆孔窺視儀觀測頂板預裂爆破效果,結果表明:在爆破區域附近的頂板巖層發生明顯破壞,產生縱向裂隙,兩相鄰鉆孔之間的裂隙互相貫通。其它未爆破區域內的頂板巖層未發生破壞,鉆孔孔壁光滑完整。通過此次爆破,使6302工作面采空區上方的頂板產生裂隙,破壞了工作面上方堅硬頂板的完整性,當回采過程中頂板彎曲下沉時,堅硬頂板在裂隙處斷裂,有效釋放了聚集在頂板中的彈性勢能,降低了堅硬頂板巖層在回采過程中自然斷裂產生強烈震動而誘發沖擊礦壓的危險性。

5 結論

(1)濟三煤礦深部六采區具有中等沖擊危險性,其主要影響因素為大采深、堅硬厚層砂巖頂板、煤層具有沖擊傾向性、構造應力等地質因素和鄰近采空區等開采技術因素。

(2)通過采用煤體大直徑鉆孔卸壓、煤體爆破卸壓和頂板預裂爆破技術措施,釋放了煤體積聚的彈性能量,破壞了頂板的整體性,降低了頂板懸頂對煤體的夾持應力和由頂板斷裂引起的震動沖擊,使沖擊危險性大幅降低。

[1] 何滿潮,謝和平,彭蘇萍等.深部開采巖體力學研究[J].巖石力學與工程學報,2005(16)

[2] 何滿潮.深部的概念體系及工程評價指標[J].巖石力學與工程學報,2005(16)

[3] 竇林名,何學秋.沖擊礦壓防治理論與技術[M].徐州:中國礦業大學出版社,2001

[4] 竇林名,陸菜平,牟宗龍等.沖擊礦壓的強度弱化減沖理論及其應用[J].煤炭學報,2005(6)

[5] 牟宗龍,竇林名,張廣文等.堅硬頂板型沖擊礦壓災害防治研究[J].中國礦業大學學報,2006(6)

Comprehensive treating techniques of mine impact pressure at depth mining area of Jining No.3 Coal Mine

Lv Jianwei1,Mu Zonglong2,3
(1.Production and Technical Department of Yankuang Group,Zoucheng,Shandong Province 273502,China;2.Postoctoral Working Station of Yankuang Group,Zoucheng,Shandong Province 273503,China;3.the State Key Laboratory for Coal Resource and Safe Mining,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu Province 221116,China)

Based on the geological condition and mining technical condition of Jining No.3 coal mine,analysis of impact risks at 6303 mining face of No.6 depth mining district is made.The result show s that,the mining face has medium grade impact risks with 0.63 impact risk index.The key factors affecting impact risks are:big mining depth,hard and thick sandstone layer roof,coal-seam has the feature of impact orientation,structural stress and gob areas adjacent to it.Based on the above,several technical measures have been taken through coal pressure releasing by drilling big diameter holes,coal seam blasting and roof p re-cracking blasting etc.The above treating results have been proved by using drillings method,electromagnetic radiation method,and peephole inspection method.The application result show s that,the imp lementing of the above measures has reduced impact risks of coal and roof.

mine impact pressure,affecting factors,hard roof,Jining No.3 Coal Mine

TD324

A

中國礦業大學科技基金(青年)資助項目(2007A 004);中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室開放研究基金項目(08KF09)。

呂建為(1969-),男,山東巨野人,碩士,山東科技大學采礦工程專業畢業,長期從事采煤技術管理工作。

(責任編輯 梁子榮)