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1、星村煤矿 冲击矿压综合防治技术 研究与应用,郑玉友,主要内容,星村煤矿深部冲击矿压危险问题突出，分析了E3101里面两集中巷冲击矿压危险性及影响因素，提出了冲击矿压防治方案： 1.采用微震区域性监测、电磁辐射局部危险性监测和钻屑法进行冲击矿压危险性监测. 2.依据冲击矿压的强度弱化减冲原理，采用先钻孔卸压、煤体爆破等软化煤体手段解除冲击矿压危险，再根据“强弱强”理论对已卸压的巷道形成高强度支护体系，制定并落实危险区域应急救援预案。 实践证明，通过多种冲击矿压危险监测、预测预报和冲击矿压解危技术、深井支护技术的综合应用，在一定程度上可以控制深部矿井开开采中的冲击矿压灾害问题。,1 冲击矿压危险概
2、况,星村煤矿属深部矿井，自2006年元月投产以来，采用综放技术已回采870 m水平一采区3个工作面，并接续准备E3101里面。正当为形成E3101里面的开采条件而施工外部两集中巷时，接连出现2次大的震动，直接威胁矿井的安全生产。,E3101集中轨道巷和集中运输巷设计为矩形断面，采用锚网索带联合支护形式，担负运输、通风、运煤等任务，布置在已经回采的E3103和E3101面采空区间约130 m煤柱内。自开门掘进以来一直受两侧采空区上覆岩层运动的影响，两条巷道因受压不断产生水平位移，钢带折弯、折断，顶帮移近、底鼓，顶帮和底鼓最大移近1 m左右，影响了通风、运输和行人安全。表现较严重段在采空区对应范围
3、，尤其在1#2#联络巷间变形较大，该段长约320 m。,两次较大震动事件,一.2008年6月3日上午8时22分左右，在星村煤矿E3101面停采线附近发生一次较明显的震动，井下E3101集中轨道巷，在靠近一号联络巷上下总长约40 m范围内，轨道向下帮偏移并鼓起、上帮电缆脱落、联络巷口处砂箱下移、下帮的开关倒架、上帮锚杆间煤体外鼓形成网兜、底板局部鼓起和煤尘飞扬。另查E3101运输顺槽与E3101运输联络巷交岔点处，底板鼓起，轨道一头顶到顶板，磕头虫移位，密闭墙栅栏门冲出，密闭墙破坏，底板鼓起最高约1.3 m、长累计近20 m。,二.7月8日20时15分左右，在准备工区开帮施工的E3101集中运输
4、巷，发生了一个较大的煤炮，造成3个皮带架子向上帮移动、导线点t2向外30m范围的轨道向上帮移动、煤尘飞扬，联络巷内两个风门墙不同程度的受损墙体开裂、风门变形。,2、煤炮震动原因分析,（1）E3101集中轨道巷距刚采完的E3101面采空区只有50 m煤柱，采面上覆岩层移动和采空区侧向支承压力作用在煤柱上，巷道一直承受较大垂直压力，造成巷道一直处于微变中，主要表现为顶板水平位移量大，顶板钢筋梯明显弯曲，锚杆间距缩小。当巷道中有施工活动，打破应力平衡状态，引发附近采空区上覆岩层运动加剧，引起震动。,（2）E3101集中运输巷距采完8个月的E3103面采空区只有50 m煤柱，且其东侧的E3105面正采
5、至停采线，采空区面积的加大，使两采面上覆岩层移动并使煤柱中应力集中程度增加，也造成了顶板水平移动，顶板钢筋梯明显弯曲，锚杆间距缩小，煤柱上不停地发生煤炮震动。 （3）6月3日震动发生的直接诱因为E3101面停采线上覆岩层突然断裂。岩层断裂产生的较大能量震动，波及到相距50 m的E3101集中轨道巷一号联络巷段。,（4）7月8日震动发生的直接诱因为巷道的开帮施工，施工活动打破应力平衡，引发附近老空区上覆岩层运动加剧，引起冲击震动；由于冲击正处于E3103面停采线位置，从震动轨迹看也是自E3103采空区传过来的。故此分析是E3103采空区停采线附近上覆岩层的断裂造成此次震动。 （5）可采煤层、老顶
6、与煤层组合所进行的冲击倾向性鉴定结果均为强冲击倾向性。,3、防冲设计及实施程序 为满足安全生产要求经矿研究决定，对集中运输巷、集中轨道巷进行卧底和拓宽，采用捷马技术加强支护，同时在E3101两集中巷按矿大防冲方案进行卸压爆破和钻孔卸压。具体实施程序如下：,（1）限制人员进入危险区； （2） 对设备、管线、材料和工具等进行防护；,（3）根据能量弱化减冲原理，在E3101两集中巷进行卸压爆破和打大孔卸压； （4）对E3101两集中巷卧底、拓宽，采用捷马技术加强支护； （5）防冲击矿压监测及矿压观测。,4、冲击矿压综合监测体系,针对星村煤矿的煤岩冲击倾向性和深部E3101集中巷冲击危险性程度，综合运
7、用微震法、电磁辐射法、钻屑法、矿压观测法和巷道变形位移测量法等 冲击矿压危险性监测及预测预报技术建立了深部E3101两集中巷冲击矿压危险监测技术体系，其主要结构流程为： 1.采用微震法进行区域性监测， 2.采用电磁辐射法对微震法监测的重点区域进行危险性日常监测.,当监测到电磁辐射超过临界指标或在短时间内变化剧烈，及时采取钻屑法做进一步验证，若钻屑量依然超标，则确定为有冲击矿压危险，立即采取解危措施；若钻屑量正常，不必采取措施，而采取电磁辐射法继续加强监测。,4.1 微震监测,微震监测是一种区域性监测方法。系统自动记录微震活动，实时进行震源定位、微震能量计算和防治措施评估。星村煤矿2008年8月
8、安装了波兰制造的“SOS”型微震监测系统。,根据电磁辐射技术能够监测煤岩体的应力状态和冲击危险性4-8的特点，每天采用KBD5型电磁辐射监测仪对集中轨道巷产生矿震处进行普查，对监测电磁辐射强度较高点用钻屑法验证。电磁辐射监测的位置为集中轨道巷、集中运输巷在一号联络巷以里100 m，在一号联络巷向外60 m，每10 m布置一个测点，每点监测时间为2 min，当电磁辐射强度达到60 mv时，认定具有冲击危险，及时采取钻屑法检验，同时利用该孔进行爆破卸压。,4.2 电磁辐射法监测,4.3 钻屑法监测,由于钻出煤粉量与煤体应力状态具有定量的关系，每米钻屑量和施工过程中的动力效应均能有效反映煤体应力集中
9、程度和冲击危险性程度，所以当电磁辐射监测到有冲击危险时，立即采取钻屑法进行验证性监测。 用风煤钻打测试钻孔，采用直径38 mm麻花钻杆，每节长1.0 m，42 mm的钻头，钻孔深为78 m，间距56 m，钻孔距底板1.2 m左右，单排布置，钻孔方向为平行于煤层，垂直巷帮.,用胶结袋收集钻出的煤粉，称量煤粉的体积，每钻进1 m测量1次。最后得出钻屑量的临界指标见表1。,表1 实测钻屑量临界指标,实际监测中除考虑煤粉量指标外，还应考虑动力效应。如钻杆卡死、跳动、出现震动或声响等现象，通过记录钻孔时所发生的动力效应，可更加准确地判断危险位置。,4.4 矿压观测,随巷道维修正常进行顶帮移近量、顶板离层
10、情况等矿压观测；增加单体支柱工作阻力监测和锚杆轴向承载力监测。发现异常及时汇报矿技术部门，采取措施加强支护。,5、冲击矿压综合治理体系 E3101里面两集中巷的防治重点是两巷之间的煤柱和两采空区间煤柱，根据防冲方案设计，对集中轨道巷上帮和集中运输巷下帮进行爆破卸压，对两集中巷间煤柱进行大孔卸压，同时对集中运输巷的下帮和集中轨道巷的上帮进行扩帮，随扩帮随采用捷马支护技术进行加强支护并注浆加固、打单体柱支护。,5.1 煤体卸压爆破,（1）卸压爆破范围： 集中轨道巷的上帮煤柱内自巷道开门口开始向里，到3联络巷开门口结束，集中运输巷的下帮煤柱内自导线点T12点向北30 m开始，到导J17点结束,在执行
11、卸压爆破时，要保持两巷卸压爆破位置均衡前移，即一条巷道超前另一条巷道不得大于25 m。主要目的是开辟卸压保护带，将积聚在巷道表面和附近的能量弱化并移向煤体的深部；释放岩层积聚的能量，消除冲击危险性。,（2）卸压爆破施工原则、目的：,（3）卸压爆破参数：,煤帮炮眼采用手持风钻、麻花钻杆配合42mm钻头施工。 炮眼距巷道顶板下1.52m，眼深11m；炮眼角度水平方向垂直煤壁，垂直方向与煤层坡度一致。 每孔装药量正常情况下每孔装27400mm300g6卷煤矿许用二级水胶炸药（含炮头），重1.8kg/孔。 采用正向连续装药，使用毫秒延期同段电雷管2发/孔，脚线长为12m以上，每孔不少于4根（2发雷管用
12、）。,每根长度与雷管自身的脚线接起来后应不少于卸压爆破孔深度（12m以上）。封孔要求全长封满炮泥，一次爆破孔数不大于5孔，专用发爆器起爆，孔内并联，多孔时孔间串联。卸压爆破孔间距45m，单排布置。沿巷道向外进行顺序爆破，使高应力区域远离工作面向外转移。如图1所示。,图1 卸压爆破装药结构示意图,卸压爆破后要用电磁辐射法检查卸压效果，如果在卸压爆破范围内角有危险性存在，则应进行反复卸压，直至解除危险为止。,5.2 集中轨道巷上帮注水,因集中轨道巷比集中运输巷更容易受力破坏，故确定在集中轨道巷上帮进行注水。注水从开门注到E3101面切眼对应位置。注水参数按煤柱50m设计，注水孔深选择30m，留20
13、m隔绝采空区注水。用树脂封孔，封孔深15m，孔间距15m。先进行静压注水，如果因煤层自然因素影响确实难注进去，再进行高压注水。注水要反复注，以确保煤体失去冲击的能力。,5.3 大直径钻孔卸压,为减轻爆破对两集中巷间煤柱的破坏，故采用钻孔卸压技术9, 10。在集中轨道巷的下帮和集中运输巷的上帮采用大直径钻孔卸压，钻孔垂直巷帮（为便于施工，施工时带35仰角）距巷道底板11.5m，采用防突风钻、直径69mm麻花钻杆和直径75mm的特种钻头打大孔，大孔间距23m，三花眼布置，孔深1015m。施工位置从开门到三号联络巷间，总长680m。,5.4 两集中巷加强支护,在两集中巷进行扩刷并卧底达到设计断面后，
14、对两帮采用捷马技术支护。具体支护为锚网索带联合支护。选用高强高预应力让压锚杆、阻尼螺母、2752.75mm薄宽钢带、让压均压环、锚杆预应力放大器，菱形金属网和鸟窝让压锚索，锚杆托盘采用一个20020010mm的高强托盘与一个3002752.75mm的钢带托盘配合使用。,5.5 应急预案 根据危险源排查，E3101里面两集中巷存在冲击矿压威胁，作为里面施工期间的安全出口，必须针对此危险源，编制应急预案。预案的主体内容除按格式编制外，同时强化如下措施的实施：,通讯：通过E3101集中轨道巷而进入里面的通讯电缆，自本预案下发之日起，由原沿上帮布置改为沿顶板蛇形布置（一般冲击矿压发生对巷道顶板的破坏相
15、对两帮要轻）。,高压胶管供风水：在E3101里面两集中巷原敷设的风、水钢管，一律换成直径76mm的高压胶管，在集中运输巷敷设4路，在集中轨道巷敷设2路。 避难场所和食品供给：在施工E3101里面工程期间，外部作安全出口的两条集中巷，一旦出现危险而危及里面施工人员安全时，可采取暂时避难等待救援的措施。为向避难人员提供水和食品，在E3101里面设计工程外端设置专门避难硐室。硐室内设置专用电话，急救药箱、矿泉水和压缩饼干，并始终保持更新。,6、解危措施效果检验,实施卸压爆破等解危措施后，E3101两集中巷移近量明显降低，从较难维护的巷道变成了较容易维护的巷道，从深井防冲效果和支护效果所整体形成的“强
16、弱强”体系看，是安全可行的。下面从微震监测的角度评价两集中巷目前的安全度：,自从2008年911月完成两集中巷的防冲和巷修工作后，震动次数和能量明显呈下降趋势，说明在E3101两集中巷采取的卸压和支护措施有效，有力地促进了安全生产。具体见表2、图2、图3所示。,表2 E3101两集中巷震动统计表,统计时间：2008年8月7日2009年6月26日,图2 E3101两集中巷震动次数统计,图3 E3101两集中巷震动能量统计,7、结论,由于E3101两集中巷布置在两采空区间孤岛煤柱内，故给E3101里面下步安全开采带来较大隐患。通过星村煤矿采取上述一系列措施和实践证明，基于冲击矿压的强度弱化减冲原理，采用煤体注水、钻孔卸压等措施，可以提前降低两集中巷的冲击矿压危险性。 通过综合运用微震法、电磁辐射法、钻屑法对E3101里面两集中巷进行冲击矿压危险性日常监测和预测预报，并及时采用爆破卸压等措施，可以解除掘进和回采过程中的冲击矿压危险，,由此建立起E3101里面外部准备巷道冲击危险监测体系和控制体系，克服了一些矿井采用浅部的单
