济三煤矿深部采区冲击矿压综合治理技术＊

吕建为 牟宗龙

(1.兖矿集团公司生产技术部,山东省邹城市,273502;2.兖矿集团有限公司博士后工作站,山东省邹城市,273503;3.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏省徐州市,221116)

济三煤矿深部采区冲击矿压综合治理技术＊

吕建为1牟宗龙2,3

(1.兖矿集团公司生产技术部,山东省邹城市,273502;2.兖矿集团有限公司博士后工作站,山东省邹城市,273503;3.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏省徐州市,221116)

根据济三煤矿地质条件和开采技术条件,分析确定深部六采区6303工作面具有中等冲击危险性,冲击危险指数为0.63。针对此,在6303工作面开采期间采取了煤体大直径钻孔卸压、煤体爆破卸压和顶板预裂爆破等几项技术措施,并配合采用钻屑法、电磁辐射法和钻孔窥视仪检测法对治理效果进行了检验,结果表明,几项技术措施的实施降低了煤体和顶板的冲击危险性。

冲击矿压 影响因素 坚硬顶板 济三煤矿

1 概况

2 冲击矿压影响因素分析

冲击矿压发生的原因是多方面的,总体上可分为3类,即自然因素、技术因素和组织管理因素。根据济三煤矿6303工作面地质条件及生产技术条件,经综合指数法分析,确定6303工作面的冲击矿压危险指数为0.63,故属于中等冲击危险工作面。其主要冲击影响因素见表1。

表1 冲击影响因素分析表

3 冲击矿压危险的综合治理技术措施

3.1 钻孔卸压

依据对冲击危险性的分析及电磁辐射危险状态的监测结果,在工作面前方辅助回风巷1500 m点施工卸压钻孔,释放聚集在煤体中的弹性变形能,同时钻孔在煤体内形成卸压带,使煤体产生松动,降低煤体集中的高应力,减弱或消除冲击危险。6303工作面辅助回风巷共施工卸压钻孔6个,深度8.3～18.5 m,孔径为56 mm、110 mm和130 mm。由于煤体内应力集中程度较高,因此在施工卸压钻孔时较困难,施钻过程中常出现卡钻、抽取钻杆困难和孔内频繁出现煤炮声等现象,这说明煤体内存在较大的压力,煤体深部存在冲击危险。随后在施工小直径爆破钻孔时,在钻孔卸压区附近打钻容易,煤粉量很低,说明钻孔卸压有较好效果。

3.2 煤体卸压爆破

对于应力集中程度较高且已具有冲击危险的煤层,常采用煤体卸压爆破以减缓应力集中程度。该措施能在煤体中产生大量裂隙,改变煤体的力学性质,降低煤体整体弹性模量和强度,减少弹性能的聚集,破坏冲击矿压发生的能量和强度条件。

在6303工作面前方150～200 m范围内辅助回风巷进行了煤体卸压爆破。采用煤电钻施工煤帮炮眼,钻杆为麻花钻杆,钻头直径为42 mm。炮眼距底板1.2 m,炮眼深度为10 m,间距为4 m,呈单排布置,炮眼垂直煤帮并平行于煤层,装药6.0 m,封孔长度为3～3.5 m,水胶炸药配合毫秒延期,第1段使用电雷管制作炮头,采用FMB-200型发爆器起爆,炮眼布置结构见图1。

图1 爆破钻孔装药示意图

3.3 顶板预裂爆破

理论证明,煤岩体内聚集的弹性势能与顶板悬顶长度的5次方成正比。由于六采区顶板厚而坚硬,邻近6302工作面采空区侧的辅助回风巷顶板存在大范围悬顶,聚集了大量的弹性势能,因受到采动影响,悬顶发生断裂下沉,释放大量的震动能量,从而引发冲击矿压。

因此,采用破坏顶板的完整性,减小采空区的悬顶长度等措施,可减小顶板对冲击矿压发生的影响。爆破采用锚杆钻机施工,钻杆为1.5 m六角中空钢钎,钻头直径为30.5 mm。炮眼深度为10.0 m,间距为3.0 m,炮眼距6302工作面采空区侧煤帮300 mm,朝向采空区,与水平方向成75°夹角,呈单排布置,见图2。

炮眼装炮、封孔及引爆等工艺同煤体卸压爆破各项工艺。

图2 炮眼布置示意图

4 治理效果

在6303工作面冲击矿压治理过程中,同时采用钻屑法、电磁辐射法和顶板裂隙观测法检测爆破卸压和解危效果。

钻屑量监测结果表明,大直径钻孔卸压和爆破卸压前的煤粉量超过预先确定的临界值,在钻孔施工过程中,有明显的卡钻、吸钻和钻进困难等异常现象;卸压后,煤粉量大为降低,没有超过临界煤粉量,施工过程正常,没有卡钻和吸钻等现象,说明煤体内聚集的应力和能量得到了有效释放,冲击危险性明显降低。电磁辐射监测结果表明,爆破卸压前,电磁辐射强度、脉冲数值均较高;卸压后,两者都明显降低。

采用钻孔窥视仪观测顶板预裂爆破效果,结果表明:在爆破区域附近的顶板岩层发生明显破坏,产生纵向裂隙,两相邻钻孔之间的裂隙互相贯通。其它未爆破区域内的顶板岩层未发生破坏,钻孔孔壁光滑完整。通过此次爆破,使6302工作面采空区上方的顶板产生裂隙,破坏了工作面上方坚硬顶板的完整性,当回采过程中顶板弯曲下沉时,坚硬顶板在裂隙处断裂,有效释放了聚集在顶板中的弹性势能,降低了坚硬顶板岩层在回采过程中自然断裂产生强烈震动而诱发冲击矿压的危险性。

5 结论

(1)济三煤矿深部六采区具有中等冲击危险性,其主要影响因素为大采深、坚硬厚层砂岩顶板、煤层具有冲击倾向性、构造应力等地质因素和邻近采空区等开采技术因素。

(2)通过采用煤体大直径钻孔卸压、煤体爆破卸压和顶板预裂爆破技术措施,释放了煤体积聚的弹性能量,破坏了顶板的整体性,降低了顶板悬顶对煤体的夹持应力和由顶板断裂引起的震动冲击,使冲击危险性大幅降低。

[1] 何满潮,谢和平,彭苏萍等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报,2005(16)

[2] 何满潮.深部的概念体系及工程评价指标[J].岩石力学与工程学报,2005(16)

[3] 窦林名,何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001

[4] 窦林名,陆菜平,牟宗龙等.冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用[J].煤炭学报,2005(6)

[5] 牟宗龙,窦林名,张广文等.坚硬顶板型冲击矿压灾害防治研究[J].中国矿业大学学报,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

中国矿业大学科技基金(青年)资助项目(2007A 004);中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金项目(08KF09)。

吕建为(1969-),男,山东巨野人,硕士,山东科技大学采矿工程专业毕业,长期从事采煤技术管理工作。

(责任编辑 梁子荣)