回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的防治

何 岗,张 为,赵立柱

(1.徐州矿务集团生产技术部,江苏徐州 221006;2.新疆生产建设兵团安全生产监督管理局监督二处,新疆乌鲁木齐 830002)

回采工作面坚硬顶板初次垮落冲击风暴的防治

何 岗1,张 为2,赵立柱1

(1.徐州矿务集团生产技术部,江苏徐州 221006;2.新疆生产建设兵团安全生产监督管理局监督二处,新疆乌鲁木齐 830002)

72204工作面顶板坚硬,存在基本顶初次垮落冲击伤害的危险。通过对工作面的支架阻力观测、顶板动态监测、微震系统监测,预测了工作面初次来压,并实施了顶板预裂爆破,降低了顶板来压强度,消除了工作面坚硬顶板初次垮落产生冲击风暴伤害的隐患。

坚硬顶板;冲击风暴;来压预测

Prevention of Burst Storm Induced by First Caving of Hard Roof in Mining Face

厚层坚硬顶板强度高、结构致密,顶板来压强度较大,特别是基本顶初次来压,大面积垮落,有产生冲击风暴伤害的危险,对工作面安全生产危害较大。

徐矿集团三河尖煤矿 72204综采工作面开采下限为 -915m,上限为 -850m,切眼向外 60～90m范围为古河流冲刷区,直接顶为 10.2m厚的中砂岩,较为坚硬,该工作面存在基本顶初次来压冲击风暴伤害的危险,为此该矿开展了矿压观测预测顶板来压,并制定实施了防冲击风暴伤害专项措施。

图1 72204材料道顶板动态曲线

1 工作面顶板来压预测

1.1 顶板动态监测

研究表明基本顶断裂面处于工作面前方煤壁内,在基本顶断裂前后其挠曲面将发生突变,由此引起断裂线前方出现 “反弹”与 “压缩”,即使在工作面中部基本顶断裂,两侧巷道内也会出现“反弹”与 “压缩”现象。

为捕捉基本顶断裂引起的超前巷道的“反弹”现象,在 72204工作面材料道超前 10m位置支设KY-82型顶板动态观测仪,并随回采循环移动,使其动态监测材料道超前 10m范围顶板的位移变化速度,监测数据见图 1。

通过图 1分析可知,3月 22日早班、23日中班、25日夜班、26日中班、28日夜班材料道每推进约 4.8m时顶板位移监测数据出现一次降低现象,即出现一次顶板断裂 “反弹”现象。特别是在 26日中班、28日夜班出现了位移速度 2mm/h的顶板“反弹”,说明 29日夜班顶板大范围垮落前,工作面基本顶出现了多次小的破断现象,在多次小的破断能量积聚情况下,出现了 29日夜班基本顶断裂,悬顶大范围垮落现象。监测还表明在出现“反弹”现象之前,顶板位移监测数据相应的出现了增大现象,即出现了顶板“压缩”现象,而这种“压缩”现象正是在为顶板破断积聚能量的过程。

1.2 微震系统监测

三河尖煤矿 2009年安装了 KZ-1微震监测系统,实现了全矿井实时矿震监测,同时可分区域动态监测。KZ-1微震监测系统在 3月份对 72204工作面监测到的矿震能量及频次见图 2。

根据图 2分析如下：

2009年 3月 1-9日该面未回采,矿震能量和频次维持在一个较低的水平。

恢复回采后的初期 3月 10-17日,顶板悬露距离由 10m扩大到 25m,矿震能量和频次处于上升阶段。

3月 18-27日随着回采的持续进行及顶板悬露距离由 25m扩大到 50m,1～29架后采空区逐步掉落 2～3m厚直接顶,基本顶亦在逐步破断中,矿震能量和频次处于高位运行状态。

3月 28日 12：29分顶板预裂爆破后工作面停止了回采,在采空区悬顶大面积垮落前的一段时间,现场无异常响动,微震监测系统未采集到工作面区域的矿震事件,说明采空区顶板处于积聚能量而未断裂的短暂“沉寂”状态。

3月 30-31日,该面未回采,矿震能量和频次与恢复回采后的初期 3月 10-17日处于同一水平,是采空区直接顶板大面积垮落后,部分直接顶小范围垮落的印证。

上述分析可知,72204工作面矿震的能量和频次与工作面推进、顶板悬露面积与垮落具有一定的偶合关系。

因 KZ-1微震监测系统存在系统定位偏差,使矿震定位整体偏南 100m,如剔除该系统定位偏差,震源点基本都集中在工作面推进位置后的采空区侧,工作面前方震源点较少,说明直接顶、基本顶在采空区侧断裂运动频繁。在 3月 29日采空区悬顶大面积垮落前的一段时间,工作面前方出现了少量较大能量的震动,说明工作面前方煤壁内出现了基本顶断裂现象。

图2 72204工作面矿震能量和频次分布趋势

2 顶板预裂爆破

2010年 3月 20日 72204工作面推进至 30m起沿切顶线进行了预裂爆破,之后 20日至 28日每天早班对相应区域进行了顶板预裂爆破。

(1)在 72204运输巷沿切顶线向外 0.3～0.5m,每隔 1.5m布置 1个爆破孔,爆破孔垂直于顶板,孔深 6m。

(2)72204工作面内沿切顶线在 2个综采支架侧护板之间,每隔 3m布置 1个爆破孔,爆破孔垂直顶板,孔深 6m。

采用二级煤矿乳化炸药正向爆破,原则上每孔装药 10～15卷、雷管 2发 (毫秒延期电雷管),装药后剩余炮孔用黏土炮泥、水炮泥封孔,封孔长度不少于 1m,按孔内、孔间串联方式联线引爆,每次联炮 1～15孔。

3 专项安全措施

为确保工作面施工人员安全,该矿制定了专项防冲击风暴伤害的安全措施：

(1)工作面所有支架顶梁和底座受力均匀,支架初撑力合格率不低于 90%。

(2)两巷超前支护初撑力达到要求,顶板破碎、压力明显增大时,超前支护柱距缩小至 0.5m。

(3)工作面采空区设置信号点柱。

(4)作业过程中如发现煤壁片帮严重,顶板突然出现异响、掉碴、大面积垮落,应立即停止作业撤离,在无法及时撤离时,应就近躲入支架内。

(5)工作面采空区顶板大面积垮落时,两道外侧人员应就近选择安全地点躲避。

4 结论

(1)通过顶板动态监测捕捉基本顶断裂前超前巷道的“反弹”现象,可预测工作面顶板来压现象。

(2)微震监测系统能动态反映工作面矿震的能量、频次和位置,且矿震的能量和频次与工作面推进、顶板悬露与垮落具有偶合关系,可作为预测工作面顶板来压的手段之一。

(3)通过实施顶板预裂爆破,降低了顶板来压强度,减小了顶板垮落面积,消除了工作面坚硬顶板初次垮落产生的冲击风暴伤害隐患。

[1]耿献文 .矿山压力测控技术 [M].徐州：中国矿业大学出版社,2002.

[2]钱鸣高,石五平 .矿山压力与岩层控制 [M].徐州：中国矿业大学出版社,2003.

[3]宋占有 .酸刺沟矿首采面深孔预裂爆破强制放顶技术 [J].煤矿开采,2010,15(4)：103-105.

[4]黄庆国 .微震监测技术在煤矿井下应用 [J].煤矿开采,2009,14(2)：94-95,77.

[责任编辑：于海湧 ]

TD327.2

B

1006-6225(2011)02-0102-02

2010-10-26

何 岗 (1975),男,江苏沛县人,工商管理硕士,高级工程师,从事技术管理工作。