煤巷掘进冲击地压防治技术的应用研究
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煤矿回采期间冲击地压的分析及防冲措施的应用发布时间:2022-04-01T07:24:59.329Z 来源:《科学与技术》2021年第32期作者:徐波[导读] 冲击地压是煤矿开采过程中不可避免的巷道变化运动。
如何去认识和预防冲击地压是每个煤矿技术人员义不容辞的责任。
徐波新汶矿业集团有限责任公司摘要:冲击地压是煤矿开采过程中不可避免的巷道变化运动。
如何去认识和预防冲击地压是每个煤矿技术人员义不容辞的责任。
本文通过分析某煤矿工作面地质状况和开采工艺, 对开采技术中的顶板来压规律、顶板管理方式及回采速度进行分析, 并提出合理可靠地防冲设计。
关键词:煤矿,回采。
防冲措施,冲击地压随着开采深度和开采强度的增加, 煤矿发生冲击地压灾害日益加剧 [1] 。
因此, 研究工作面回采期间冲击地压防冲设计具有重要意义。
1 工作面概况某煤矿工作面为采区第三个回采工作面, 位于上个工作面回风大巷西南侧, 东南8m为已回采结束的工作面, 西部未开拓。
该工作面里段净宽180m、外段净宽60m, 可采长度1636m, 工作面煤层厚度8.1m~10.4m, 平均9.44m。
工作面内受断层及小褶曲影响, 煤层略有起伏, 煤层倾角0°~7°, 平均3°, 倾向180°~290°。
老顶为中砂岩, 平均厚4.7m, 直接顶为泥岩, 平均厚度4.9m, 直接底为粉砂岩, 平均厚度3.2m。
该工作面采用走向长壁后退式综采放顶煤采煤法开采, 全部垮落法管理顶板。
2 冲击危险分析根据《煤矿工作面冲击危险性评价报告》可知, 影响工作面安全生产构成威胁的冲击危险因素主要有地质因素及开采技术因素两类, 其中地质因素包括煤岩层特性、埋深、顶底板岩性及地质构造, 开采技术因素包括覆岩活动、顶板管理及推采强度。
2.1 地质因素根据中国矿业大学鉴定, 判定该工作面煤岩的冲击倾向性类别为Ⅱ类, 即弱冲击倾向性。
冲击地压矿井突出及易自然煤层“110工法”技术研究及应用发布时间:2022-08-17T03:57:47.654Z 来源:《工程建设标准化》2022年37卷4月7期作者:高海涛[导读] “110工法”是煤炭开采史上具有里程碑意义的技术革新,是铁法能源公司主导的一项重大支护技术革命。
高海涛铁法能源公司小青矿摘要 “110工法”是煤炭开采史上具有里程碑意义的技术革新,是铁法能源公司主导的一项重大支护技术革命。
该工法以“切顶短臂梁”理论为指导,通过运用切顶卸压自动成巷无煤柱技术,保留开采中的工作面顺槽,作为下一个毗邻工作面的一条回采巷道使用,改变传统长壁开采一面双巷模式为一面单巷模式,既可降低围岩变形、冲击地压、煤与瓦斯突出等地质灾害程度,又可大幅降低掘进成本,缓解采掘接续压力,提高煤炭资源回收率,实现零煤柱开采。
为加快推进“110工法”实施进程,大隆矿与中国矿业大学技术团队进行技术合作,结合矿实际条件,最终确定在E2-1503工作面及S1-1401工作面同时实施“110工法”。
关键词 “110工法” 技术革命切顶卸压零煤柱开采1 “110工法”的实施背景“110工法”即“1个回采工作面、1条巷道、0个煤柱”,其关键在于“拉得住、切得开、下得来、护得住”。
“110工法”在晓南矿的成功应用,说明了此技术的推广势在必行,大隆矿是冲击地压矿井,自开采二水平以来,由于受采深变大、冲击地压、上覆煤层煤柱等因素影响,矿山压力增大,多个综采工作面受巷道变形量大,维护量大的影响,一直投入大量人力去维护巷道,才能够保证任务产量。
为了从根源解决此类问题,我矿积极推进“110工法”,利用切顶卸压自动成巷无煤柱技术,减少以后煤柱应力集中对临近和上下幅煤层的影响情况,实现降低巷道的变形量,减少巷道维护的工作量,以有效降低工人劳动强度;同时减少我矿掘进工作量,能够缓解生产接续紧张的局面,且多回采煤柱,增加了煤炭回收率,实现煤炭资源完全开采,经济效益显著。
煤矿冲击地压的影响因素和防治对策分析摘要:冲击地压是煤矿生产所面临的严重自然灾害之一,伴随着煤炭开采逐渐往深部转移,冲击地压发生的强度和频繁程度日益增加。
同时,生产实践也表明煤矿冲击地压的发生没有明显的前兆,而且在各种类型的煤层、地质构造、顶板条件下都发生过这种破坏力极大的动力灾害现象。
一旦发生,很可能会造成难以估量的经济损失和巨大的人员伤亡。
因此,研究冲击地压的发生机理和防治措施是急切的并且非常必要的。
关键词:煤矿;冲击地压;防治措施引言:通常煤矿冲击地压的发生都是有一些条件的,是煤层以及应力等共同影响的结果。
冲击地压出现的主要条件是煤岩体,具备较强的冲击倾向性。
煤岩体积累的弹性应变能可以释放的足够空间是发生冲击地压的前提条件,而出现冲击地压的诱发条件是煤岩体积累能量的应力加载。
必须要兼具以上这些条件,才有可能出现冲击地压。
结合煤岩冲击失去稳定性的物理特点,可以将冲击地压划分为三大类,一是岩爆型冲击地压,二是顶板垮落型冲击地压,三是构造型冲击地压。
岩爆型冲击地压主要是指煤岩体一直积累弹性应变能,在能量上升到煤岩的最大承载力时,煤岩就会出现瞬间爆炸的情况,其具体表现是弹射以及抛出媒体。
然后,顶板垮落性冲击地压,主要是指推过回采工作面后,上部较厚而硬度较高的顶板始终没有垮落,在悬顶面积达到规定的数值时,顶板瞬间出现折断而造成的冲击波强烈性损坏。
最后,构造型冲击地压通常出现在构造条件相当复杂的地质环境中,因为构造应力过于集中导致的煤岩失去稳定性冲击损坏。
另外,结合不同的出现位置,能够将冲击地压划分为两大类,一是掘进冲击地压,二是回采冲击地压。
首先,掘进冲进地压通常出现在巷道掘进中,与巷道的布局位置以及布局方法存在联系。
其次,回采冲击地压出现在回采工作面的推进中,一般和回采工作面的回采时间以及长度存在联系。
1、冲击地压具有以下明显的显现特征(1)突发性没有明显的宏观前兆而突然发生,过程短暂(持续几秒到几十秒),难以事先准确确定发生时间、地点和强度。
深部掘进巷道爆破卸压防治冲击地压技术摘要:目前我国煤矿开采逐步从浅埋深煤层向深部转移。
在进行深部煤层开采过程中,覆岩除了承担比浅部煤层更高的自重应力外,其初始应力也有了较大幅度的增大,复杂的地应力对巷道围岩稳定性影响十分严重。
针对深部掘进巷道采用大直径钻孔卸压防治冲击地压存在卸压强度低、卸压不及时、劳动强度大等问题,提出了爆破卸压治理方案,通过工程实践,有效控制了巷道围岩变形。
本文主要对深部掘进巷道爆破卸压防治冲击地压技术进行分析,仅供参考。
关键词:深部掘进巷道;爆破卸压;冲击地压技术引言我国煤矿冲击地压灾害85%发生在回采巷道,破坏性强、危害性大,主要原因是巷道近场高应力区煤岩体所受载荷超过其强度极限,积聚的弹性应变能瞬间释放导致巷道剧烈破坏。
爆破卸压通过主动致裂煤层避免高集中应力形成,具有卸压及时、卸压强度大及对地质条件适应性强等优势,可快速、有效降低煤层应力集中程度。
1爆破卸压减冲作用及对巷道支护的损伤效应分析1.1煤层爆破卸压现场试验为研究煤层爆破卸压减冲效果及对巷道支护的损伤效应,矿开展了井下试验研究。
采用不同的装药量、不同钻孔深度在巷道两帮煤层中进行爆破试验,评判煤层爆破卸压效果,分析煤层爆破对锚杆工作阻力、巷道围岩结构等的影响。
爆破前,局部巷道浅部围岩裂隙区宽度已经大于支护结构宽度,说明现有支护水平已经不能够较好控制巷道围岩的裂隙发育,巷道围岩稳定性较低。
爆破后,巷道浅部围岩裂隙区的宽度进一步增大,巷道围岩的整体性进一步降低,试验区域内围岩不稳定性升高。
1.2爆破卸压的减冲作用煤层爆破卸压的减冲作用表现在以下3个方面:(1)增塑。
相比于完整煤体的脆性破坏,爆破后的煤体由于径向裂隙的存在,整体结构发生改变,强度降低,变形特性呈现明显“塑化”特征,导致煤的冲击倾向性大幅减弱。
(2)降载。
巷道帮部应力峰值区是冲击地压高危区域,在该区域爆破后,巷帮集中应力峰值减小,峰值点向巷旁外侧转移,分布形态由单峰变为低双峰分布。
煤矿冲击地压灾害的预防与治理论文冲击地压是采场周围煤岩体,在其力学平衡状态破坏时,由于弹性变形能的瞬间释放而产生一种以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象。
冲击地压是一种特殊的矿山压力显现。
其显现强度特征一般为弱冲击、强冲击、弹射、矿震、岩爆、煤炮、冲击波、弹性振动等,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象;其发生突然剧烈,冲击波力量巨大,瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备,伤击人员。
据统计,山东省从1996年至xx年3月份,先后有13处煤矿发生冲击地压灾害,发生破坏性冲击地压353次,死亡28人,重伤65人,摧毁巷道8 000余米。
冲击地压发生原因有内因、外因2种因素:内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态;外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。
1.1 冲击地压发生的内因(1)煤层具有冲击倾向性冲击地压的发生与煤岩体物理力学性质有直接关系。
煤炭科学研究总院北京开采研究所对华丰煤矿4层煤冲击倾向性试验结果表明,华丰煤矿4层煤具有强烈冲击倾向性,其直接顶具有中等冲击倾向性[1]。
(2)砾岩活动是发生冲击地压的主要力源华丰煤矿4层煤上方基本顶为70余米厚的砂岩层,随着工作面的推进周期性跨落;其上为40余米厚的红土层,随基本顶的跨落而弯曲下沉;再上部为500~800 m的巨厚砾岩层,砾岩层完整性较强,抗压及抗拉强度均较大,采后不易冒落下沉,导致砾岩层与红土层之间产生离层空间。
随着采空面积的加大,巨厚砾岩层形成板状悬空岩梁,砾岩层原来的应力状态发生改变,从而增加了未采4层煤的应力水平。
当板状砾岩层悬露面积达到一定程度后,开始缓慢下沉并周期性断裂跨落,砾岩层的断裂跨落对下部的煤岩体产生冲击载荷,从而加剧了4层煤工作面煤体的应力集中程度,导致4层煤工作面冲击危险增强,因此,巨厚砾岩层是发生冲击地压的主要力源。
1.2 冲击地压发生外因(1)采深大应力高华丰煤矿首次冲击地压发生在-538 m水平,垂深为668 m,即冲击地压发生临界深度为668m,开采大于该深度就有可能发生冲击地压。
冲击地压事故的预防一、冲击地压防治措施1.从采区设计、巷道布置、生产接续上合理安排,避免形成应力集中区,采取综合治理措施,降低冲击地压发生的可能性和强度。
2.采掘工作面采取迎头、帮部、爆破卸压等综合治理措施,保证工作面的安全生产,一般情况:(1)对于弱冲击危险区域:两帮每隔3m各实施一个大直径钻孔,钻孔直径113 mm,距底板0.5~1.5m,钻孔垂直于煤帮并沿煤层倾向,迎头布置1个大直径钻孔,孔高0.5~1.5m,孔深20~50m,工作面迎头始终保持卸压保护带宽度不小于10m。
(2)对于中等冲击危险区域:两帮每隔2m各实施一个大直径钻孔,钻孔直径113mm,距底板0.5~1.5m,钻孔垂直于煤帮并沿煤层倾向,迎头布置2个大直径钻孔,孔间距2.4m,孔高0.5~1.5m,孔深20~50m,工作面迎头始终保持卸压保护带宽度不小于10m。
(3)对于强冲击危险区域:两帮每隔1m各实施一个大直径钻孔,钻孔直径113 mm,距底板0.5~1.5m,钻孔垂直于煤帮并沿煤层倾向,当卸压孔距离迎头超规定距离时必须停止迎头掘进,待卸压完成后方可掘进施工,迎头布置3个大直径钻孔,孔间距2.4m,呈三花孔布置,孔高0.5~1.5m,孔深20~50m,工作面迎头始终保持卸压保护带宽度不小于10m。
(4)掘进工作面留底煤超过1m,底煤厚度超过1.0m,必须采取断底卸压。
钻孔间排距均为1.4m,深度见岩为止。
(5)特殊情况根据冲击地压危险性评价和防冲设计报告巷道卸压有大直径钻孔和爆破卸压两种手段,在现场施工时优先选用大直径钻孔卸压,若大直径钻孔卸压无法起到相应的卸压效果时,则选用爆破卸压。
3.充分利用微震、地音监测系统监测记录冲击地压发生的次数、冲击地压释放的能量和顶板活动规律等,综合分析各项指标,预测预报冲击地压发生的趋势及应力释放情况,根据监测数据的变化趋势预报冲击地压危险,及时采取科学合理的防治措施。
4.工作面生产过程中应及时评价冲击地压危险程度,进行效果检验,确认微震、地音、应力在线监测预警等监测指标低于临界值后,方可生产。
煤巷掘进冲击地压防治技术的应用研究王一鸣(大同煤矿集团宏泰矿山工程建设有限责任公司,山西 大同 037003)摘 要煤矿开采深度逐渐加深,发生冲击地压显现的矿井也明显增多,给矿井的生产安全带来了极大的隐患。
本文以大同煤矿集团忻州窑矿8914综放工作面为研究对象,总结分析了冲击地压综放工作面高应力集中区掘进、回采期间的微震信息及矿压显现特征,设计了相应的治理措施,取得了较好的应用效果,有效地防治了冲击地压事故的发生。
关键词 煤巷 冲击地压 防治中图分类号 TD324+.2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2018.05.014Study on the Application of Pressure Bump Prevention and Control Technology in CoalRoadway Driving Wang Yi-ming(Hongtai Mine Engineering Construction Co., LTD., Datong Mining Group, Shanxi Datong 037003)Abstract :The mining depth of coal mining gradually deepens, and there are obviously more mines with pressure bump behavior, which brings great hidden trouble to the production and safety of the mine. In this paper, 8941 fully mechanized caving face of Xinzhoukiln Mine, Datong Coal Mining Group is taken as the research object, and the tunneling in the high stress concentration zone, the extraction of seismic information and the characteristics of mine pressure bump behavior are analyzed and summarized. The corresponding control measures are designed, and good application effect is achieved, effectively preventing the occurrence of rock bust accident.Key words : coal roadway impact pressure prevention and control收稿日期2018-01-19作者简介 王一鸣(1990-),辽宁沈阳人,本科,2013年7月毕业于辽宁工程技术大学地下建筑专业,学士学位,职称:助理工程师,研究方向:掘进。
大同煤矿集团忻州窑矿是一座高瓦斯矿井随着开采深度增加和向斜构造的影响,冲击地压灾害日趋严重。
本文以忻州窑矿8914综放工作面为研究对象, 利用微震监测系统配合其他监测手段,监测摸索出了高应力区及冲击危险区的前兆信息及显现特征,提出具体有针对性治理方案。
1 工作面生产技术条件忻州窑矿8914综放工作面是-1100m 水平一采区第二个四层煤工作面,采深平均为870~1050m 。
工作面走向长2100m ,倾向长140m 。
工作面上邻8912工作面采空区,下为4层煤未采区,西为4层煤未采区,东为4层煤尖灭线。
上、下平巷均沿底板布置,上平巷沿边掘进。
工作面采用走向长壁综采放顶煤采煤法,煤层平均厚6.4m ,工作面采高2.4m ,放煤高度4.0m ,循环进度为0.6m ,两采一放。
基本支架为ZF5400/17/28型放顶煤液压支架,两端头采用ZFG5600/18/28型过渡放顶煤支架,工作面采用MG250/575-W 无链液压牵引采煤机落煤。
8914综放工作面开采的4层煤具有强烈冲击倾向性,曾发生过多次冲击地压事故。
距离4层煤下方39m 的6层煤作为解放层工作面已经提前开采完毕,工作面开采期间采取了冲击地压预测预报及综合治理技术,取得了明显效果。
2 应力异常区显现特征及机理由于煤岩层结构及赋存原岩应力的差异性,开采后,煤岩层围岩应力显现差别较大,部分区域存在高应力异常区,是冲击地压的易发区域,也是落实冲击地压防治措施的重点区域。
8914综放工作面作为典型的深部冲击地压工作面,开采期间遇到了多个应力异常区,显现特征较为明显。
2.1 掘进期间冲击及矿压特征掘进期间遇到应力异常区后,微震事件明显增多,大部分发生在掘进迎头前方10~50m 范围内,发生矿震事件的可能性较小。
掘进后一段时间内该区域的微震事件仍会持续较多,微震事件分布范围见图1所示,微震事件的次数、释放能量与距危险区距离见图2所示。
受爆破卸压诱发影响,该区域可能发生矿震事件。
图1高应力区微震事件分布图图2 高应力区微震事件分布规律图掘进遇到应力异常区时,迎头的压力明显增大,出现片帮、掉顶现象,顶板较难控制,迎头后部巷道变形明显。
2.2 回采期间冲击及矿压特征掘进期间遇到的高应力区,在回采期间发生的微震事件分布也具有明显的特征,如图3所示。
图3 8914工作面回采期间高应力区微震事件分布图从图3中看出微震事件在高应力区较为集中,且多发生在高应力区边缘。
具体分布规律如图4所示。
图4 8914工作面回采期间高应力区微震事件分布规律图采煤工作面经过应力异常区期间,高应力区的微震不断增多,且较为集中。
微震事件一般发生在超前工作面10~80m 范围内,随着工作面距离高应力区的距离不断减小,微震事件释放的能量呈上升趋势,矿震事件也逐渐增多。
一般工作面进入高应力区5~10m 后微震事件明显减少,释放能量大幅度降低。
由于工作面前方的煤岩体受到高应力作用的影响及微震的扰动,工作面煤体及顶板岩体提前发生破裂。
工作面进入高应力区后,顶煤的完整性较差,煤壁片帮、漏顶现象明显。
一般片帮、漏顶区发生在工作面上头10~20m 范围内,并随着工作面的推进,片帮、漏顶范围不断向下扩展。
3 冲击地区防治方案的设计研究3.1 掘进期间防治方案巷道掘进采取边卸压边掘进的方式通过高应力区,降低应力集中。
卸压孔分迎头超前卸压孔和后部卸压孔。
超前孔布置在掘进迎头,孔深一般25~40m ,孔径73mm ,每孔装药量20~40kg ;后部孔布置在迎头后部巷道两帮,孔深7~10m ,孔间距5m ,每孔装药量5kg 。
爆破卸压前后要进行效果检验,当迎头前方煤体应力得到有效降低后方可继续掘进。
掘进期间要采取煤粉监测、电磁辐射监测、微震监测等监测预报措施,加大对监测数据的分析处理,及时确定高应力区范围及应力状态。
要采取加强巷道支护及防治迎头掉顶的措施,保证巷道安全正常掘进。
3.2 回采期间防治方案采煤工作面通过高应力区期间,加大对高应力区的爆破卸压力度,每组卸压孔分别布置一个顶板孔、底板孔、煤层孔,孔深分别为40m 、30m 、30m ,间距2.5m ,每孔装药量15~20kg ,分别对顶板、底板、煤层进行深孔卸压。
遇到高应力区时,放慢工作面推采速度或采取间歇式生产的方式,一般日推进度不大于1.8m ;当微震监测、煤粉监测冲击危险增强时,停止工作面推采,对危险区实施高强度重复爆破卸压,直到冲击危险降低方可恢复生产。
工作面进入高应力区后,一方面加强监测卸压力度;另一方面加强煤壁顶板管理,防止工作面片帮漏顶范围扩大,给工作面推进带来困难。
4 结语以大同煤矿集团忻州窑矿8914综放工作面为研究对象,分析了冲击地压综放工作面高应力集中区掘进、回采期间的微震信息及矿压显现特征,分(下转第36页)别制定了掘进、采煤期间的卸压、加强支护治理措施,取得了较好的应用效果,防止了冲击地压事故的发生。
【参考书目】[1] 李彭波,邓强,孟令琪.煤矿井下冲击地压防治技术与现场应用[J].山东煤炭科技,2017(04):49-50+52+55.L b -不稳的岩层厚度,m ;L c -上托盘及锁具的厚度,取0.2m ;L d -外露长度,取0.35m 。
其中,锚固长度L a 可由下式确定:12=4a Df L nf (9)式中:n -富余系数,取2.5;D -锚索直径,取21.6mm ;f 1-锚索抗拉强度,取1860N/mm 2;f 2-锚固剂粘合强度,取10N/mm 2。
代入式(9)可得:21.61860=2.5=2511mm410a L ×××因此,锚索长度为:L m =2.511+2+0.2+0.35=5.061m 故锚索长度可取为5.3m 。
3 支护方案的确定69301轨道巷支护参数为:(1)顶板支护:顶板采用Ф22mm ,长度为2.0m 的螺纹钢锚杆,锚杆间排距为0.875m ×0.9m ,每排5根,全部垂直于顶板布置;锚索Ф21.6mm ,长度为5.3m ,间排距为1.4m ×0.9m ,垂直于顶板,五花布置;铺设Ф6×1100×2500mm 规格的钢筋网。
(2)两帮支护:两帮采用Ф22mm ,长度2.0m 的螺纹钢锚杆,锚杆间排距为0.8×0.9m ,每帮布置4根,分别垂直两帮布置,顶部锚杆距顶板300mm ;铺设规格为2400×2000mm 的菱形金属网。
巷道支护断面图如图2所示。
4 结论(1)对69301轨道巷围岩稳定性分级进行合理分析,认为该巷道围岩属于VI 类不稳定围岩,按照国家相关规定,建议采用锚杆+锚索+钢带+网联合支护的形式。
(2)利用悬吊理论和平衡拱理论,对巷道支护参数进行分析计算,得到合理支护方案。
(3)在生产中,采用该支护方案巷道围岩变形较小,顶板下沉和两帮移近量在要求许可范围内,未发生冒顶、片帮等安全事故,保障了工作面的安全生产。
图2 巷道支护断面图(mm )【参考文献】[1] 高建军,张忠温.平朔矿区近距离煤层采空区下巷道支护技术研究[J].煤炭科学技术,2014,42(05):1-4+8.[2] 朱润生.极近距离煤层回采巷道合理位置确定与支护技术[J].煤炭科学技术,2012,40(04):10-13+17.[3] 张忠温,吴吉南,范明建,等.近距离煤层采空区下巷道支护技术研究与应用[J].煤炭工程,2015,47(02):37-40.[4] 林健,范明建,司林坡,等.近距离采空区下松软破碎煤层巷道锚杆锚索支护技术研究[J].煤矿开采,2010,15(04):45-50+62.[5] 杨智文.极近距离煤层多采空区下巷道稳定性影响因素及支护对策研究[J].中国煤炭,2014(04):60-64.[2] 刘海平,孟国胜.忻州窑矿冲击地压综合防治技术研究与应用[J].煤炭工程,2016,48(06):73-76.[3] 于斌.大同矿区侏罗系煤层群开采冲击地压防治技术[J].煤炭科学技术,2013,41(09):62-65.[4] 孟祥斌.大同矿区忻州窑矿冲击地压特征与防治技术[J].煤炭科学技术,2013,41(s1):49-51+54.[5] 李静.煤矿冲击地压防治技术研究与应用[J].煤炭技术,2012,31(02):69-71.(上接第33页)。