堅硬底板條件下鉆孔卸壓優化設計研究

摘 要：本文以貴州大方四平煤礦為背景，結合礦井實際地質條件，利用數值模擬方法研究堅硬底板條件下最優鉆孔卸壓方案。通過研究可知：鉆孔卸壓可以有效解決堅硬底板應力集中，防止回采過程中底板出現強礦壓顯現；底板采用巷道兩側鉆孔卸壓時，孔深越大卸壓效果越明顯。

關鍵詞：堅硬底板；鉆孔卸壓；應力集中；優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.083

底板沖擊，即底板的強礦壓顯現是目前堅硬底板應力集中的研究熱點，我國學者也進行了較為深入的研究和實踐。徐方軍，毛德兵[1]根據華豐煤礦底板沖擊礦壓工程背景，分析了底板沖擊礦壓發生的機理，認為發生底板沖擊礦壓的必要條件有兩個，一是底板巖層強度高，二是存在高應力作用在底板上。因此，可以通過破壞底板巖層和消除底板高應力兩個途徑防治底板沖擊礦壓的發生，具體方法包括煤層爆破卸壓、煤層注水弱化及底板爆破卸壓等。牛寶林，邸建友，唐紹琴[2]對底板沖擊礦壓的特點進行了描述，認為開采煤層的頂板是使底板產生彈性變形的主要力源，即在頂板自重和垮落時的動力載荷的作用下，底板蓄積了大量的能力，為沖擊礦壓的發生提供了必要的條件。另一方面，底板富有彈性，厚度大，強度高且完整，這是底板儲存彈性能的基本條件，并且指出破壞底板完整性是治理底板沖擊礦壓的有效手段。

大直徑鉆孔卸壓是在煤巖體應力集中或潛在應力集中區，施工一系列大直徑鉆孔，產生自由空間，改變煤巖體的應力分布及其特性，使煤巖體圍巖系統儲存的彈性能量得到緩慢釋放的一種措施。但大直徑卸壓的參數大多都是根據現場經驗，沒有進行更加深入的研究，本論文結合現場實際研究鉆孔深度對煤巖體應力集中的解危效果。

1 工作面概況及模型建立

為研究堅硬底板條件下鉆孔卸壓的合理設計和優化，本文選取貴州大方四平煤礦12205工作面為工程背景，建立數值模擬模型。其地質條件如下：主采煤層為K8下，煤層厚度3.50米，12205工作面平均埋深700m，煤層傾角僅為7°，為近水平煤層，礦井為高瓦斯礦井，煤層易自燃，地質條件復雜，工作面附近存在斷層。該礦底板條件復雜，回采以來底板時常發生“沖底”現象，底板沖擊危險大，主要是底板下方存在一層8m厚的火成巖，由于火成巖的入侵作用，造成底板應力集中，進而形成底板沖擊。為解決該問題，結合礦上現有條件提出鉆孔深度對堅硬底板應力集中解危效果研究。本數值模擬以12205工作面綜合地質柱狀圖為基礎，并對其地質條件簡化，利用FLACD2D數值模擬軟件進行模擬。

2 鉆孔卸壓優化設計數值模擬

鉆孔位置、鉆孔孔徑大小及鉆孔深度這三個條件對鉆孔卸壓效果影響較大，根據貴州大方四平煤礦現有條件，由于鉆孔位置及孔徑大小是固定的，本次研究主要是鉆孔深度對堅硬地板應力集中解危效果的研究。本次模擬孔徑設為100mm，孔深分別為3m，6m，9m，共三種不同的模擬方式，模擬結果如下。

從圖1～3看出，鉆孔深度越深卸壓效果越明顯，當鉆孔深度為3m時，堅硬底板的上部有所卸壓，但是較高的應力都集中在了堅硬底板的下部，對防治底板應力集中還是不利的；當鉆孔深度為9m時，堅硬底板形成了大范圍的卸壓區，因此，對于堅硬底板，在采取底板鉆孔卸壓措施時，盡量采取深孔卸壓，原則上要求鉆孔打穿堅硬底板此時解危效果最好。

3 小結

結合數值模擬研究可知，鉆孔卸壓可以有效解決堅硬底板應力集中，防止回采過程中底板出現強礦壓顯現；底板采用巷道兩側鉆孔卸壓時，孔深越大卸壓效果越明顯，通過此研究以期為相似地質條件煤礦提供借鑒意義。

參考文獻：

[1]徐方軍，毛德兵.華豐煤礦底板沖擊地壓發生機理[J].煤炭科學技術，2001，29（04）：41-45.

[2]牛寶林，邸建友，唐紹琴.底板沖擊礦壓發生機理與防治[J].煤礦開采，1999（01）：20-23.

作者簡介：吳代兵（1993-），貴州遵義人，本科，主要從事礦山壓力等方面的研究。