堅硬底板條件下鉆孔卸壓優(yōu)化設(shè)計研究

摘 要：本文以貴州大方四平煤礦為背景，結(jié)合礦井實際地質(zhì)條件，利用數(shù)值模擬方法研究堅硬底板條件下最優(yōu)鉆孔卸壓方案。通過研究可知：鉆孔卸壓可以有效解決堅硬底板應(yīng)力集中，防止回采過程中底板出現(xiàn)強礦壓顯現(xiàn)；底板采用巷道兩側(cè)鉆孔卸壓時，孔深越大卸壓效果越明顯。

關(guān)鍵詞：堅硬底板；鉆孔卸壓；應(yīng)力集中；優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.083

底板沖擊，即底板的強礦壓顯現(xiàn)是目前堅硬底板應(yīng)力集中的研究熱點，我國學(xué)者也進行了較為深入的研究和實踐。徐方軍，毛德兵[1]根據(jù)華豐煤礦底板沖擊礦壓工程背景，分析了底板沖擊礦壓發(fā)生的機理，認(rèn)為發(fā)生底板沖擊礦壓的必要條件有兩個，一是底板巖層強度高，二是存在高應(yīng)力作用在底板上。因此，可以通過破壞底板巖層和消除底板高應(yīng)力兩個途徑防治底板沖擊礦壓的發(fā)生，具體方法包括煤層爆破卸壓、煤層注水弱化及底板爆破卸壓等。牛寶林，邸建友，唐紹琴[2]對底板沖擊礦壓的特點進行了描述，認(rèn)為開采煤層的頂板是使底板產(chǎn)生彈性變形的主要力源，即在頂板自重和垮落時的動力載荷的作用下，底板蓄積了大量的能力，為沖擊礦壓的發(fā)生提供了必要的條件。另一方面，底板富有彈性，厚度大，強度高且完整，這是底板儲存彈性能的基本條件，并且指出破壞底板完整性是治理底板沖擊礦壓的有效手段。

大直徑鉆孔卸壓是在煤巖體應(yīng)力集中或潛在應(yīng)力集中區(qū)，施工一系列大直徑鉆孔，產(chǎn)生自由空間，改變煤巖體的應(yīng)力分布及其特性，使煤巖體圍巖系統(tǒng)儲存的彈性能量得到緩慢釋放的一種措施。但大直徑卸壓的參數(shù)大多都是根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，沒有進行更加深入的研究，本論文結(jié)合現(xiàn)場實際研究鉆孔深度對煤巖體應(yīng)力集中的解危效果。

1 工作面概況及模型建立

為研究堅硬底板條件下鉆孔卸壓的合理設(shè)計和優(yōu)化，本文選取貴州大方四平煤礦12205工作面為工程背景，建立數(shù)值模擬模型。其地質(zhì)條件如下：主采煤層為K8下，煤層厚度3.50米，12205工作面平均埋深700m，煤層傾角僅為7°，為近水平煤層，礦井為高瓦斯礦井，煤層易自燃，地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面附近存在斷層。該礦底板條件復(fù)雜，回采以來底板時常發(fā)生“沖底”現(xiàn)象，底板沖擊危險大，主要是底板下方存在一層8m厚的火成巖，由于火成巖的入侵作用，造成底板應(yīng)力集中，進而形成底板沖擊。為解決該問題，結(jié)合礦上現(xiàn)有條件提出鉆孔深度對堅硬底板應(yīng)力集中解危效果研究。本數(shù)值模擬以12205工作面綜合地質(zhì)柱狀圖為基礎(chǔ)，并對其地質(zhì)條件簡化，利用FLACD2D數(shù)值模擬軟件進行模擬。

2 鉆孔卸壓優(yōu)化設(shè)計數(shù)值模擬

鉆孔位置、鉆孔孔徑大小及鉆孔深度這三個條件對鉆孔卸壓效果影響較大，根據(jù)貴州大方四平煤礦現(xiàn)有條件，由于鉆孔位置及孔徑大小是固定的，本次研究主要是鉆孔深度對堅硬地板應(yīng)力集中解危效果的研究。本次模擬孔徑設(shè)為100mm，孔深分別為3m，6m，9m，共三種不同的模擬方式，模擬結(jié)果如下。

從圖1～3看出，鉆孔深度越深卸壓效果越明顯，當(dāng)鉆孔深度為3m時，堅硬底板的上部有所卸壓，但是較高的應(yīng)力都集中在了堅硬底板的下部，對防治底板應(yīng)力集中還是不利的；當(dāng)鉆孔深度為9m時，堅硬底板形成了大范圍的卸壓區(qū)，因此，對于堅硬底板，在采取底板鉆孔卸壓措施時，盡量采取深孔卸壓，原則上要求鉆孔打穿堅硬底板此時解危效果最好。

3 小結(jié)

結(jié)合數(shù)值模擬研究可知，鉆孔卸壓可以有效解決堅硬底板應(yīng)力集中，防止回采過程中底板出現(xiàn)強礦壓顯現(xiàn)；底板采用巷道兩側(cè)鉆孔卸壓時，孔深越大卸壓效果越明顯，通過此研究以期為相似地質(zhì)條件煤礦提供借鑒意義。

參考文獻：

[1]徐方軍，毛德兵.華豐煤礦底板沖擊地壓發(fā)生機理[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2001，29（04）：41-45.

[2]牛寶林，邸建友，唐紹琴.底板沖擊礦壓發(fā)生機理與防治[J].煤礦開采，1999（01）：20-23.

作者簡介：吳代兵（1993-），貴州遵義人，本科，主要從事礦山壓力等方面的研究。