大孔徑卸壓鉆孔在卸壓解危中的應用

李高奇,房　偉（山東能源棗莊礦業集團安全監察局,山東　棗莊　277000）

大孔徑卸壓鉆孔在卸壓解危中的應用

李高奇,房偉
（山東能源棗莊礦業集團安全監察局,山東棗莊277000）

摘要：目前沖擊地壓卸壓解危手段主要有煤層高壓預注水、煤層大直徑鉆孔卸壓、爆破卸壓、頂板預裂等，其中煤層大直徑鉆孔卸壓對圍巖擾動較小而又能取得明顯卸壓效果，本文主要闡述了煤層大直徑鉆孔卸壓原理及在工程應用中取得的效果。

關鍵詞：沖擊地壓；煤層大直徑鉆孔；卸壓；原理

1　概況

隨著我礦區煤礦開采深部的不斷延伸，沖擊地壓由于其巨大破壞性，逐漸成為煤礦重大災害之一，特別是在復雜地質開采條件下，沖擊地壓顯現更為突出。

防治措施主要有以下兩個方向，一是改變煤巖物理力學性質，通過改變煤巖物理力學性質減少煤巖彈性壓縮勢能的積聚，提高煤巖塑性變形能力，降低煤巖的脆性，減緩彈性能量的釋放速度。具體措施有向煤體內進行高壓注水、打卸壓鉆孔、放震動炮、開采保護層等。二是避免或減少采掘空間圍巖內的應力集中，目的在于減輕沖擊地壓破壞程度，具體的措施有適當掌握采面開采強度，降低集中應力系數，加大巷道斷面和支架可縮性，減少沖擊地壓造成巷道圍巖突出，提高巷道底板塑性系數，控制巷道底鼓，嚴格執行放炮安全措施，防止放炮誘出沖擊地壓而危及人身安全。

煤層大直徑鉆孔卸壓是在煤體應力集中或潛在應力集中區，施工一系列大直徑鉆孔，產生自由空間，改變煤體的應力分布及其特性，使煤體一圍巖系統儲存的彈性能量得到緩慢釋放的一種措施。

2　煤層大直徑鉆孔卸壓原理

根據“應力三向化轉移”原理(見圖1)，局部區段卸壓解?？梢圆捎么笾睆姐@孔進行卸壓。通過實施大直徑鉆孔，擴大巷道周邊塑性區,形成一個塑性弱化帶,促使巷道支承應力向深部轉移,從而使巷道周邊附近圍巖處于低應力區（見圖2）,當發生沖擊時，一方面卸壓區內頂板沉降與底板形成“楔形”阻力帶，改變煤幫受力狀態，阻止煤體沖出；另一方面大直徑鉆孔吸收鉆孔周邊沖出的煤粉，釋放應力，防止煤體沖出。

圖1　應力三向化轉移原理

圖2　大直徑鉆孔效果的數值模擬(模擬鉆孔深度為6m)

3　工程應用

根據微震觀測歷史數據分析，3下7110工作面運輸巷F7-15斷層與巷道間煤柱形成一個微震集中區，預測該位置受巷道開挖與F7-15斷層影響形成的地質孤島煤柱應力集中，微震事件頻發，沖擊危險程度較高。

針對上述問題，迅速組織在該巷道兩幫施工卸壓鉆孔，鉆孔深度25m或至接觸巖石，孔口高度0.5-1.5m，鉆孔直徑113mm，孔間距2m，鉆孔個數12個。

施工卸壓鉆孔后，對9月19—9月30日微震觀測結果進行分析，從圖4中可以明顯看出微震事件次數明顯減少，能量明顯減弱。

圖3　鉆孔卸壓前微震事件平面投影圖

圖4　鉆孔卸壓后微震事件平面投影圖

4　結論

（1）通過工程應用可以得出結論，煤層大直徑鉆孔卸壓是防治沖擊地壓的積極措施，能夠有效降低沖擊危險。

（2）通過鉆孔卸壓能夠有效的降低應力集中程度，減少巷道周邊微震事件釋放能量，使應力集中區域向煤層深部轉移，通過煤層內聚力抑制煤體沖擊，保證巷道安全。

（3）通過施工卸壓鉆孔能夠在巷道周邊制造一定寬度的塑性區，能夠衰減力的傳遞，起到阻滯煤層深部能量釋放剛性傳遞誘發巷道沖擊的作用。

參考文獻：

[1]潘俊鋒.我國煤礦沖擊地壓防治技術研究現狀及展望[J].煤炭科學技術，2013

[2]劉金海.深厚表土長大綜放工作面頂板運動災害控制[M].北京：科學出版社,2013.

[3]藍航.沖擊地壓綜合防治技術體系及應用[M].煤礦開采,2011.

作者簡介：李高奇（1984-），男，山東棗莊人，助理工程師，研究方向：礦山安全管理。