煤巷掘进工作面卸压现场试验研究

李志强

（山西煤炭运销集团三元微子镇煤业有限公司，山西　长治　047500）

煤巷掘进工作面卸压现场试验研究

李志强

（山西煤炭运销集团三元微子镇煤业有限公司，山西长治047500）

摘要北徐楼煤矿3下煤层赋存条件复杂，埋深大，具有强冲击倾向，在巷道施工过程中多次出现冲击。通过现场采用大直径钻孔卸压试验，分析了冲击显现形式，并对冲击危险区域进行分类，针对不同的区域采用不同直径钻孔卸压，确定了卸压钻孔布置的合理位置，取得了显著效果。

关键词掘进工作面；卸压试验；冲击危险区域；大直径钻孔

冲击地压是煤矿开采中最严重的自然灾害之一，它以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩体变形能，抛出煤岩体，造成支架损坏、片帮冒顶、巷道堵塞、人员伤害，并产生巨大的响声和岩体震动。岩体震动时间从几秒到几十秒，抛出的煤岩体从几吨到几百吨［1－3］。

在认识冲击地压发生机理及科学预测预报的基础上，对冲击地压进行有效预防。冲击地压预防技术可归纳为区域性预防和局部性预防两方面，煤巷工作面卸压属于典型的冲击地压局部性防治手段，目前，对于冲击地压的防治研究工作，还没有达到准确及时的程度。本文通过北徐楼煤矿煤巷掘进工作面卸压现场试验，研究巷道掘进过程中冲击地压防治卸压孔的布置方式、间距、孔径等参数［4－5］。

1　煤层地质、开采条件

1．13下煤层赋存范围

北徐楼井田3下煤层赋存范围位于奎子断层以西，由北起北徐楼井田边界1＃、2＃、3＃拐点的连线及西至北徐楼井田边界1＃、10＃拐点的连线所圈定的三角形范围。面积为2．77 km2，开采标高：－570～－1 040 m。北徐楼井田3下煤层赋存范围与井田范围关系见图1。

1．23下煤层情况

图1　3下煤层赋存范围与井田范围关系示意图

山西组3下煤层，煤层厚度6～11．0 m，平均厚度8．4 m，属结构简单稳定煤层。3下煤层为黑色、弱玻璃光泽、性脆、阶梯状断口、具有明显的层理状、条带状结构、层状构造。煤岩类型为半亮型，视密度为1．37 t／m3，煤层连续性较好，为低灰分、低、中硫煤，是优质动力用煤。煤层倾向30°，倾角4．5°～21°，平均12°。平均抗压强度19．0 MPa，硬度f＝2．0，自然含水率1．5%，具有强冲击倾向。

1．33下煤层顶、底板岩性

工作面由西到东，煤层直接顶依次为泥岩、细粒砂岩、砾岩，老顶依次为细粒砂岩，砾岩、裂隙发育，直接底板为泥岩，顶、底板岩层均为弱冲击倾向。其顶底板情况见表1。

表1　3下煤层顶、底板情况

1．43下煤层及顶底板冲击倾向性鉴定

1）3下煤层冲击倾向鉴定情况。

根据中国矿业大学岩层控制实验室对3下煤层冲击倾向性的鉴定，煤层动态平均破坏时间DT为63．57 ms，属于弱冲击倾向，弹性能量指数WET为15．1，属强冲击倾向，冲击能量指数KE为10．55，属于强冲击倾向。

2）3下煤层顶、底板冲击倾向情况。

根据中国矿业大学岩层控制实验室对3下煤层顶、底板岩层的冲击倾向性的鉴定，3下煤层顶、底板均为2类弱冲击倾向性顶板。

2　煤巷掘进面矿压显现情况

北徐楼煤矿在掘进煤巷过程中煤炮发生频繁，多次出现片帮、冒顶、煤体突出及卡钻、吸钻等动力现象，矿压显现较明显。

1）2008年8月，－820区段轨道巷掘进至F1断层25 m时（沿煤层顶板掘进），发生底板煤层突出事故，抛出煤量2 t左右。

2）2009年3月12日，3下01运输顺槽工作面放炮后，0．5 h内煤炮多达14次，并伴有片帮、冒顶现象。

3）2009年3月13日，3下01运输顺槽工作面施工卸压钻孔过程中，煤粉量超规定且多为煤块，并伴有卡钻、吸钻等动力现象。

3　3下煤层掘进工作面卸压现场试验

3．1冲击危险区域分类

1）当卸压孔深度大于3 m，出现吸钻或小冲击现象，为一般冲击危险区域。

2）当卸压孔深度不大于3 m，出现吸钻或小冲击现象，为严重冲击危险区域。

3．2一般冲击危险区域卸压试验

1）掘进面迎头卸压。

在掘进工作面打卸压钻孔，每次施工3个孔，断面中心距巷道底板1．0 m，孔距1．0 m。工作面卸压钻孔必须保证超前卸压深度10 m，钻孔直径76 mm，深度13 m，每3个工作循环施工1次。卸压钻孔的方向要平行于层面，垂直于煤壁（特殊构造地段平行于煤层倾斜方向）。工作面卸压钻孔布置见图2。

图2　掘进面迎头卸压钻孔布置平面图

2）巷道两帮卸压措施。

a）巷道两帮每隔5 m各打1个直径76 mm的卸压钻孔，孔深12 m，布置在距巷道底板1．0 m处，两帮卸压孔距工作面最大距离不得超过7 m。巷道两帮压钻孔布置剖面图见图3。

图3　巷道两帮卸压钻孔布置剖面图

b）巷道两帮所有卸压钻孔的方向都要平行于层面，垂直于煤壁（特殊构造地段平行于煤层倾向）。

3．3严重冲击危险区域卸压试验

1）掘进面迎头卸压。

a）在掘进工作面，每次施工3个卸压钻孔，钻孔布置在距巷道底板1．0 m处，孔距1．0 m，钻孔直径为110 mm。卸压钻孔必须保证超前深度10 m，每次钻进深度13 m。

b）工作面打卸压钻孔时，如出现顶钻现象，严禁使用手持式钻机的反转功能，并及时更换为架柱式钻机，且打卸压眼人数不得超过4人（移钻时除外），如果卸压钻孔无法打进时，则实施诱发爆破卸压，待压力稳定后再继续施工。

2）巷道两帮卸压。

a）巷道两帮采用大直径深孔卸压方法。钻孔布置在距底板1 m处，钻孔直径110 mm，钻孔深度15 m，相邻两钻孔间距为5 m。

b）如果卸压钻孔无法打进时，则实施爆破卸压，眼深15 m，钻孔直径44 mm，每孔炸药使用2个雷管，分别装在炸药两端，装药量为钻孔深度的一半，特殊情况下酌减，但不得小于4 kg。

c）工作面每掘进15～20 m（即上次检测孔距工作面距离达到30～40 m）或距上次施工检测孔的时间达到一周，必须在巷帮距工作面15～20 m处施工一对检测孔，距工作面50m处施工一对检测孔，检测孔位于两卸压钻孔中间。如果煤粉量超标，必须在检测孔附近打大直径钻孔进行二次卸压。

4　结　论

北徐楼煤矿3下煤层煤巷掘进施工过程中矿山压力显现明显，煤层具备发生冲击地压的条件。采用打卸压钻孔现场试验，对冲击危险区域进行了分类，针对不同的危险区域确定了大直径卸压钻孔的布置方式，自实施此卸压措施以来，掘进工作面有效地消除了冲击危险性，保证了矿井的安全生产。

参考文献

［1］谭云亮．矿山压力与岩层控制［M］．北京：煤炭工业出版社，2008：10－15．

［2］潘一山，李忠华．我国冲击地压分布、类型、机理及防治研究［J］．岩石力学与工程学报，2003，22（11）：1844－1851．

［3］赵毅鑫，姜耀东，祝捷．煤岩组合体变形破坏前兆信息的试验研究［J］．岩石力学与工程学报，2008，27（2）：339－346．

［4］孙学会．复杂开采条件下冲击地压及其防治技术［M］．北京：冶金工业出版社，2009：27－29．

［5］齐庆新，窦林名．冲击地压理论与技术［M］．北京：中国矿大出版社，2008：13－19．

中图分类号：TD22

文献标识码：B

文章编号：1672－0652（2014）01－0042－03

收稿日期：2013－11－21

作者简介：李志强（1972—），男，山西平遥人，1997年毕业于河北建筑科技学院，工程硕士，工程师，主要从事采矿生产和管理工作（E－mail）sdfylzg＠163．com

Research on Depressurization Test of Driving Face in Coal Roadway

Li Zhi－qiang

AbstractComplex geological condition，large buried depth and strong impact tendency of 3lowercoal seam in Beixulou coal mine has appeared many times rockburst in the tunnel construction process．Through depressurization test of using large diameter borehole，the rockburst form is analyzed，the impact zone is divided．Aiming at different area used different diameter borehole to depressurize，determined the reasonable position of depressurization hole，achieved obvious effects．

Key wordsDriving face；Depressurization test；Impact zone；Large diameter borehole