鉆孔卸壓防治強礦壓的效果分析

馬成云

（同煤集團同家梁礦，山西 大同 037003）

同家梁礦8105工作面在回采過程中，回采巷道出現了強烈礦壓顯現。針對強烈礦壓顯現這一現象，設計了多種卸壓方案[1-4]，采用數值模擬方案分析卸壓效果，確定合理的卸壓方案，降低巷道圍巖應力，減輕回采巷道強烈礦壓顯現，保證回采巷道的穩定。

1 鉆孔卸壓方案設計

以5103巷為例說明鉆孔卸壓措施。針對5103巷，設計了3種卸壓鉆孔布置方案，即單排孔、雙排孔和三排孔，具體鉆孔布置見圖1。其中孔徑選擇108mm，孔深為15m，孔間距為1000mm。根據初步確定的設計方案，再對鉆孔間距進行優化，分別分析鉆孔間距600mm、800mm和1000mm三種方案的卸壓效果。采用FLAC3D數值模擬軟件分別對不同排數的卸壓鉆孔的卸壓效果進行模擬分析。

圖1 三排卸壓孔布置圖

2 鉆孔卸壓效果分析

圖2為巷道圍巖的垂直應力分布，由圖可以看出，在卸壓鉆孔一定范圍內應力得到了釋放，在未進行鉆孔卸壓時，巷道圍巖的應力峰值為34.8MPa，單排孔時巷道圍巖垂直應力峰值為33.9MPa，雙排孔時巷道圍巖垂直應力峰值為32.3MPa，三排孔巷道圍巖垂直應力峰值為31.4MPa，隨著卸壓孔排數的增加，巷道圍巖應力峰值略微減小。卸壓鉆孔不僅可以使一定區域內應力降低，還能使圍巖應力向煤體深處轉移，可以看出：在無卸壓鉆孔時，應力峰值點位于煤壁內約4m處；在有單排卸壓鉆孔時，應力峰值點位于煤壁內約4.5m處；在有雙排卸壓鉆孔時，應力峰值點位于煤壁內約5m處；在有三排卸壓鉆孔時，應力峰值點位于煤壁內約6m處。當有三排鉆孔時，煤體中的應力集中程度大大降低，峰值由34.8MPa降至31.4MPa，應力降低了9.7%，圍巖向深部轉移了2m，巷道圍巖應力得到了釋放和轉移。

圖2 卸壓孔不同排數巷道圍巖應力分布

圖3為距巷道幫深度3m處應力剖面，由圖可以看出在卸壓鉆孔一定范圍內應力得到了釋放，隨著排數的增加，圖中黑色區域逐漸減小，表明高應力的范圍逐漸減小，在有三排卸壓鉆孔時，巷道的卸壓范圍較大，應力得到了充分釋放。

卸壓孔布置三排的效果明顯優于兩排孔和單排孔。在鉆孔排數確定后，進一步對不同鉆孔間距的卸壓效果進行模擬分析。分別對鉆孔間距為1000mm、800mm和600mm的三種方案進行數值模擬。圖4為不同鉆孔間距的巷道圍巖垂直應力分布，由圖可知鉆孔間距為1000mm時巷道圍巖垂直應力峰值為31.4MPa，鉆孔間距為800mm時巷道圍巖垂直應力峰值為31.8MPa，鉆孔間距為600mm時巷道圍巖垂直應力峰值為32.1MPa。隨著鉆孔間距的減小，巷道圍巖應力峰值相差不大。

圖3 卸壓孔不同排數距巷道幫深度3m處應力剖面

圖4 卸壓孔不同孔間距巷道圍巖應力分布(三排孔)

圖5為不同卸壓孔間距距巷道幫深度3m處應力分布，由圖可以看出，隨著鉆孔間距的減小，圖中深色的區域逐漸減小，表明高應力的范圍逐漸減小，巷道的卸壓范圍增大。還可明顯看出當間距為600mm時，卸壓區域相互完全聯通。由上述可知，鉆孔間距為600mm的方案，應力卸壓范圍大，卸壓效果較好。

圖5 卸壓孔間距不同距巷道幫深度3m處應力剖面

3 結論

（1）布置三排卸壓孔時，煤體中的應力集中程度大大降低，峰值由34.8MPa降至31.4MPa，應力降低了9.7%，圍巖向深部轉移了2m，巷道圍巖應力得到了釋放和轉移。

（2）卸壓孔間距為600mm時，應力卸壓范圍大，較孔間距為800mm和1000mm的方案卸壓效果較好。

（3）確定鉆孔卸壓方案為：布置3排鉆孔，鉆孔間距為600mm。該方案可降低巷道圍巖應力，提高巷道穩定性。