KJ 550沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)在正陽礦的應(yīng)用

王　景龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司正陽煤礦

KJ 550沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)在正陽礦的應(yīng)用

王景
龍煤雞西礦業(yè)有限責(zé)任公司正陽煤礦

為消除正陽煤礦一采區(qū)37＃層右四孤島綜采面的沖擊地壓危險，通過運用綜合指數(shù)法進(jìn)行沖擊地壓危險程度評估和等級劃分，決定采用KJ550煤礦沖擊地壓實時監(jiān)測系統(tǒng)對回采過程中的應(yīng)力集中和轉(zhuǎn)移進(jìn)行實時監(jiān)測，提出大直徑卸壓鉆孔解危措施和強支護(hù)措施，以實現(xiàn)沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警和集中應(yīng)力的釋放和轉(zhuǎn)移，降低殘采區(qū)孤島采煤工作面的沖擊危險性。

關(guān)健詞：沖擊地壓；孤島采煤；綜合評估；解危措施

引言

近年來，隨著我國煤礦生產(chǎn)能力的提高、開采強度的增大，開采深度和開采范圍的增加，沖擊地壓已成為煤礦面臨的嚴(yán)重災(zāi)害之一。正陽煤礦一采區(qū)37#層右四綜采面為殘區(qū)回收優(yōu)質(zhì)煤柱，受兩側(cè)采空區(qū)的應(yīng)力疊加影響，在掘進(jìn)期間礦壓顯現(xiàn)明顯，為提前防范煤柱內(nèi)集聚的彈性能突然釋放導(dǎo)致沖擊地壓。采用綜合指數(shù)法進(jìn)行危險性評估，決定采用KJ550沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測回采期間煤體的應(yīng)力，進(jìn)行沖擊地壓危險區(qū)的三級預(yù)警、預(yù)報，并根據(jù)不同的危險程度提出相應(yīng)的解危措施。

1　概況

1.1地質(zhì)概況

一采區(qū)37#層右四面左右兩側(cè)均為采空區(qū)，左側(cè)37#右一面為2014年回采，右側(cè)37#左二面于1998年回采結(jié)束，右側(cè)36B#左二面于2010年回采結(jié)束。該區(qū)域上方148m有45#采空區(qū)，地表相對的是農(nóng)田，沒有河流及水體。本區(qū)域內(nèi)掘進(jìn)的一采37#層，整體呈舒緩向斜構(gòu)造，傾向S，傾角3～8°。煤層發(fā)育較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡單，37#煤層結(jié)構(gòu)如下：37#層直接頂是細(xì)砂巖、0.35m頁巖夾煤線、0.2m煤、0.5m煤頁巖、0.5m煤、0.3m煤頁巖、1.0m煤，底板細(xì)砂巖。

1.2回采工藝

一采37#層右四面，工作面長度35m，煤厚2.8m，傾角8°，最大采深400m，采用綜合機械化采煤工藝，傾斜長臂式采煤方法，全部垮落法管理頂板。使用MG250/601-WD型采煤機，ZY4600-16/36型液壓支架，SGZ-764/500型刮板輸送機，循環(huán)進(jìn)度0.6m。

2　沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)原理

KJ550煤礦沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)是基于“當(dāng)量鉆屑量原理”和“多因素耦合指數(shù)法”研制的，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)監(jiān)測和實時報警沖擊地壓危險程度，對采掘工作面各個區(qū)段進(jìn)行分段定級，三級預(yù)警。通過實時監(jiān)測采動應(yīng)力場的變化規(guī)律，可找到高應(yīng)力區(qū)及其變化趨勢，依據(jù)沖擊危險級別采取相應(yīng)的防治措施。

2.2系統(tǒng)布置

根據(jù)井下情況，將主站放置在37#右四巷岔口，IP設(shè)置為172.16.10.200。1#線纜鋪設(shè)從主站至1#測點位置。2#線纜鋪設(shè)從主站至21#測點位置。光纜鋪設(shè)從主站至井下變電所光纖收發(fā)器，接入環(huán)網(wǎng)，連接至地面監(jiān)測主機。

2.3測點布置

沿工作面下巷共布置40個測點，距開切眼40m處布置1#測點，1～5#測點間距20m，5～40#測點間距為15m，如圖2。使用ZQS-50/4.0氣動手持式鉆機，工作壓力0.5MPa，扭矩50N/m；套接麻花鉆桿配φ42mm鉆頭；鉆孔深度9m，開孔位置距巷道煤層底板1.5m，沿煤施工。

2.4應(yīng)力計安裝

先將應(yīng)力計油管順直，用安裝桿與應(yīng)力計十字相連，水平放入監(jiān)測孔內(nèi)；依次連接安裝桿，將應(yīng)力計送至孔底。將壓力變送器、四通閥、快速接頭依次連接擰緊后與應(yīng)力計末端油管相連；四通閥連接油泵，排出管內(nèi)空氣后，注油加壓至8MPa，待壓力穩(wěn)定后停止注油；將四通閥上錐閥擰緊，油泵卸壓，反方向旋轉(zhuǎn)退出安裝桿。將壓力變送器4芯分電纜通過四通接線盒和21芯主電纜相連，使應(yīng)力信號實時傳至監(jiān)測主機。

2.5預(yù)警值設(shè)定

在給定初始預(yù)警值的基礎(chǔ)上，綠色預(yù)警小于8MPa；黃色預(yù)警8～10MPa，紅色預(yù)警大于10MPa。利用鉆屑法進(jìn)行檢驗，分別在正常區(qū)和應(yīng)力疊加區(qū)內(nèi)施工φ42mm鉆孔，記錄每米鉆屑量，直到找出應(yīng)力預(yù)警值與臨界鉆屑量的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行預(yù)警值二次標(biāo)定后，系統(tǒng)生成一采區(qū)37#右四綜采面實時監(jiān)測應(yīng)力場云圖，如圖1。

圖1　實時監(jiān)測應(yīng)力場動態(tài)云圖

3　沖擊地壓的解危措施

3.1超前卸壓

應(yīng)用“應(yīng)力三向化轉(zhuǎn)移”原理，在工作面下巷由里向外預(yù)先使用ZLJ-640型鉆機施工大直徑鉆孔進(jìn)行卸壓，孔徑φ113mm，垂直巷幫沿煤穿透至上巷，孔深20m，孔間距3m，開孔高度1.2m，鉆孔超前工作面200m。使巷道周邊圍巖內(nèi)的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，預(yù)先形成一個低應(yīng)力弱化帶。

3.2二次卸壓

如果監(jiān)測區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)黃色或紅色預(yù)警時，則應(yīng)進(jìn)行加密施工大直徑卸壓鉆孔或?qū)⒃秹嚎锥螖U孔至φ153mm孔徑，也可將鉆孔使用水泥砂漿封孔后，連接井下靜壓水管路進(jìn)行煤層注水，使煤體軟化，降低煤的強度，達(dá)到卸壓解危目的。

3.3兩巷超前支護(hù)

回風(fēng)上巷寬3.4m，運輸下巷寬4.2m，高3.0m，上下兩巷超前支護(hù)距離80m，下巷人行道采用雙排單體液壓支柱配鉸接頂梁支護(hù)，支柱中心距離0.8m，上巷3排支柱排拒1.2m，柱距0.8m縱向鉸接，橫向固定，全部使用防倒繩栓牢，注液閥方向一致，不準(zhǔn)朝向行人側(cè)。

4　結(jié)論

4.1通過綜合評估法確定一采37#層右四工作面具有弱沖擊危險。其主要影響因素為開采技術(shù)條件影響。正常開采時，工作面推進(jìn)度不超過15m，日產(chǎn)量2000t。

4.2通過采用KJ550系統(tǒng)實時監(jiān)測預(yù)警生產(chǎn)過程中造成應(yīng)力集中，以便采取針對性解危措施，解除沖擊地壓危險。

［1］沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定，煤炭工業(yè)部，1987.

［2］于正興.礦山?jīng)_擊地壓危險性實時監(jiān)測預(yù)警研究［D］.北京：北京科技大學(xué)，2011.

王景（1983-），男，山東省曹縣人，工程師，雙學(xué)士學(xué)位，2007年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院采礦工程專業(yè)，現(xiàn)任正陽煤礦計劃科科長。