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大直径钻孔在预防冲击地压中的应用
2014年 12月 05日 文章来源:山东思科赛德矿业安全工程平安彩票

大直径钻孔在预防冲击地压中的应用

大直径钻孔卸压是在煤体应力集中或潜在应力集中区,施工一系列大直径钻孔,产生自由空间,改变煤体的应力分布及其特性,使煤体一围岩系统储存的弹性能量得到缓慢释放的一种措施。我矿根据冲击地压强度弱化减冲理论,在95209工作面防治冲击地压工作中,采用大直径钻孔卸压防治冲击地压,取得了很好的效果。

1  工作面概况:

95209工作面位于-1025西一下山采区东翼,浅部一侧为95207采空区,深部及切眼外侧均为未采区。上覆为75209采空区和75211采空区。煤层厚度为1.32。4m,平均厚度1.8m,该面里段约170m左右的范围内煤层厚度相对较薄,煤厚1.31.9m,平均厚度1.55,外段煤层相对较厚,厚度1。92.4m,平均厚度2.1m左右。工作面里段约60m范围内局部发育一层薄层夹矸。煤层倾角5°,煤层硬度f=3。直接顶为砂岩,厚度为24。99m,老顶为砂页岩厚度为2.95m。直接底为砂页岩,厚度为17。25m,老底为页岩,厚度为7.42m。工作面走向长447m,倾向长175m,采用综合机械化走向长壁全部垮落采煤法。

2.冲击危险性分析

2.1采深影响。

工作面采深约1150m,煤层中的垂直应力接近30MPa,这已经超过了冲击矿压发生的临界采深。

2.2煤柱应力叠加的影响

由于9煤上部的7煤大部分已经回采,起到了解放层的作用,所以9煤的工作面在回采期间一般不会发生冲击动力现象,但是7煤下山留了较宽的煤住,加上9煤工作面回采接近下山煤柱时也会形成高支承应力,煤柱应力叠加使煤柱区域具有很高的应力,这一区段的巷道具有冲击危险性。具体如下:

1)由于1025采区7煤已经回采,采区下山煤柱宽约300m,在煤柱两侧40-80m范围煤层内的支承压力影响范围内应力峰值最高达3-3.5γH,由于9煤距离7煤较近,所以煤层内部也产生高应力集中,7煤底板岩层包括9煤也具有较高的应力,工作面与下山连接的巷道处于B区段的高应力区范围,具有冲击危险。见图2-1


2-1 7煤开采后1025下山煤柱中的垂直应力

2)当95209工作面回采后接近煤柱区域时产生的附加应力与7煤产生的煤柱应力叠加产生更大的应力集中,见图2-1。根据95027工作面的情况,已经在B区域发生过底板岩层冲击,此区域的垂直应力会远远超过4050MPa,超过岩石的破坏极限。此时对于95209面该区段的巷道同样具有冲击危险性。

2-2 95029工作面开采后1025下山煤柱中的垂直应力

3)构造应力的影响

由于95209工作面位于背斜的轴部,见图2-3,可能处于较高的水平应力状态,所以随着工作面接近停采线时,处于煤柱区域的巷道处于很高的垂直应力和水平应力状态,有发生冲击的危险。

2-3 95209处于背斜轴部

   (4)巷道交叉的影响

与下山连接的巷道包括7煤的巷道,也包括9煤工作面的巷道,巷道交叉多,应力更容易叠加形成应力集中区。

三、卸压方案

95209两道采用ZQJ-300/6气动架柱式钻机, 高效螺旋钻杆φ76mm,钻头直径φ150 mm,钻杆长度1 m,进行大直径钻孔卸压,卸压范围超前工作面不小于40m。钻孔呈三角花布置,长度15m。垂直煤体中钻孔,见图3-1

4、卸压效果

   1)工作面两道未采取大直径钻孔卸压前,采用KBD5电磁辐射仪测得的幅值一般在100毫伏左右,实施大直径钻孔卸压后幅值明显降低,一般稳定在4050毫伏之间。

   2)工作面两道实施钻孔卸压区域煤体破碎加剧,两帮变形量、底板鼓起量明显增加,变形量均在500mm左右,实施的卸压钻孔在10天内基本挤死,巷道压力向深部转移,减小了冲击危险。

5、结论、

通过对顺槽煤体进行大直径钻孔卸压,改变了巷道深部煤体的力学性质,使得具有冲击倾向的煤体内部出现破碎带,释放出弹性能量,降低了冲击危险性,并避免了冲击地压的发生。







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