近距煤層過(guò)上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓研究與治理

賈方偉

1 概述

山西某礦井東三盤(pán)區(qū)14-3#層8503 工作煤層之上8 m～14 m 為14-2#層采空區(qū)，因受上覆14-2#層8502、8504采空區(qū)隔離煤柱與11-2#層8520、8522采空區(qū)隔離煤柱疊加應(yīng)力影響，5503 巷應(yīng)力較集中，有發(fā)生礦壓集中顯現(xiàn)的危險(xiǎn)。

在8503工作面搬家穩(wěn)裝期間，5503巷受煤柱疊加應(yīng)力影響共斷裂錨桿10根，錨索6根。當(dāng)工作面回采至130 m 時(shí)，工作面59#～92#架對(duì)應(yīng)工作面煤壁壓力大，片幫較嚴(yán)重，且5503 巷超前支護(hù)段60 m 范圍發(fā)生底鼓，底鼓量最大為0.6 m。

為保證8503工作面的安全回采，本文對(duì)近距煤層過(guò)上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，并提出了針對(duì)性的治理措施，降低了應(yīng)力集中程度，保證了礦井安全生產(chǎn)。

2 8503工作面強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度分析與評(píng)價(jià)

2.1 綜合指數(shù)法分析

采用綜合指數(shù)法對(duì)8503 面進(jìn)行強(qiáng)礦壓的早期分析預(yù)測(cè)，從而為采取合理的強(qiáng)礦壓治理方法提供依據(jù)。

（1）8503面影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的地質(zhì)因素及指數(shù)Wt1見(jiàn)表1。

8503 工作面周?chē)刭|(zhì)條件對(duì)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的影響程度及強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的指數(shù)為：

表1 地質(zhì)條件影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素及危險(xiǎn)指數(shù)

（2）8503面影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的開(kāi)采技術(shù)因素及指數(shù)Wt2

表2 開(kāi)采技術(shù)條件影響強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的因素及指數(shù)

8503 工作面周?chē)_(kāi)采技術(shù)條件對(duì)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)的影響程度及強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定的指數(shù)為：

（3）8503 面強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定綜合指數(shù)Wt：

以此可圈定強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度。

（4）強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)程度的評(píng)定

當(dāng)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定綜合指數(shù)Wt=0.3～0.5時(shí)，采掘工作面危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)為弱。8503面強(qiáng)礦壓綜合指數(shù)Wt=0.3，因此評(píng)定該面危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)為弱。

2.2 電磁輻射法分析

電磁輻射可用來(lái)預(yù)測(cè)煤巖災(zāi)害動(dòng)力現(xiàn)象，其主要參數(shù)是電磁輻射強(qiáng)度和脈沖數(shù)。電磁輻射強(qiáng)度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強(qiáng)度，脈沖數(shù)主要反映了煤巖體變形和微破裂的頻次。本礦井主要采用臨界值法，即強(qiáng)度臨界值取值為100 mv，脈沖臨界值取值為9 000 Hz。

經(jīng)觀測(cè)，8503 面電磁輻射數(shù)據(jù)較大，表明巷道應(yīng)力較集中（見(jiàn)圖1）。

圖1 電磁輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3 治理措施

通過(guò)綜合指數(shù)分析法預(yù)測(cè)8503 面強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)為弱，且5503 巷應(yīng)力較為集中，為確保工作面的安全回采，礦井采用卸壓方式進(jìn)行強(qiáng)礦壓的治理[1]。

3.1 鉆孔卸壓

做為釋放煤、巖體中的彈性能量，改變其釋放形式，煤體卸壓鉆孔是一種十分有效的措施。卸壓鉆孔形成后，提供了煤、巖體變形的補(bǔ)償空間，有效地提前緩慢釋放了煤、巖體中的能量。因此礦井設(shè)計(jì)并施工了8503工作面卸壓鉆孔。

設(shè)計(jì)參數(shù)：在5503 巷工作面幫距底板0.4 m 處施工一排直徑108 mm、深度15 000 mm 的卸壓孔；鄰空幫距底板0.4 m 處施工一排直徑108 mm、深度8 000 mm的卸壓孔,孔間距均為1 m，鄰空幫卸壓孔施工后用黃土封孔1 m。

圖2 卸壓孔設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 底板卸壓爆破

通過(guò)在5503 巷施工底板卸壓爆破孔進(jìn)行爆破松動(dòng)，以增加巷道底板的可變形空間，釋放底板中蓄積的彈性能，降低應(yīng)力集中程度強(qiáng)度，減小巷道底鼓量[2]。

設(shè)計(jì)參數(shù)：5503 巷距工作面幫0.4 m，垂直底板施工一排直徑42 mm、深度1 200 mm 的炮孔，孔間距1 m，每孔裝兩卷三級(jí)煤礦許用膏狀乳化炸藥。

圖3 底板卸壓爆破孔設(shè)計(jì)參數(shù)

4 治理效果

為降低14-3#層?xùn)|三盤(pán)區(qū)8503面應(yīng)力集中程度，分別在5503巷施工卸壓孔與底板卸壓爆破孔，下圖為實(shí)施鉆孔卸壓、底板卸壓爆破后電磁輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖4 施工后電磁輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從電磁輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析卸壓孔及底板卸壓爆破孔施工后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)強(qiáng)度值及脈沖數(shù)明顯降低，緩解了5503 巷應(yīng)力集中程度。現(xiàn)場(chǎng)觀察當(dāng)工作面推進(jìn)至卸壓孔施工區(qū)域時(shí)，5503巷超前支護(hù)20 m范圍卸壓孔全部塌孔，卸壓效果明顯，且實(shí)施底板卸壓爆破后，巷道未發(fā)生底鼓。

圖5 卸壓孔塌孔圖

5 結(jié)論

通過(guò)在近距煤層過(guò)上覆煤柱巷道實(shí)施卸壓解危措施，有效降低了巷道應(yīng)力集中程度，避免了過(guò)上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓的發(fā)生，解決了8503工作面應(yīng)力集中的難題，實(shí)現(xiàn)了近距煤層過(guò)上覆煤柱工作面的安全回采,有效提升了礦山安全技術(shù)水平。

隨著礦山開(kāi)采強(qiáng)度的增加，強(qiáng)礦壓危害將日趨嚴(yán)重，近距煤層過(guò)上覆煤柱巷道強(qiáng)礦壓治理為降低巷道應(yīng)力集中程度，提供了一種可行有效的治理方法，有著廣泛的應(yīng)用前景。