沿空留巷采煤工作面冲击地压危险区域的预测

沿空留巷采煤工作面冲击地压危险区域的预测

石 磊

(龙煤集团七台河分公司桃山煤矿,黑龙江七台河 154600)

摘 要 该文主要阐述了采动应力对冲击地压的显著影响,沿空留巷围岩的矿压显现的特征,工作面冲击危险区域预测与圈定等技术问题。关键词 沿空留巷 采煤工作面 冲击地呀 预测中图分类号TD324+.1 文献标识码 A

1 采动应力对冲击地压的显著影响

煤矿冲击地压发生的根本原因大致有3种:(1)参与冲击地压的煤岩体有冲击倾向性质,这是煤岩体材料的固有属性,是冲击地压的内在原因。(2)煤岩体受到很大力的作用而产生破坏,这种使煤岩体失稳破坏的力可能是由于开采活动而造成的支承压力,也可能是由于地质构造的作用而残余在煤岩体内的应力或不合理开采造成的集中压力。(3)存在煤岩释放能量的条件。如果煤岩体深部积蓄大量的能量,但被很宽的已破碎的煤岩体所包围,则深部煤岩体的破坏最多造成闷雷的声响,煤块却冲不出来,不会造成破坏后果。在上述三点中,第1点作为煤岩体的固有属性人们难以去改变它;第3点对于开采活动来说采场空间有限,而且在不断的变化过程中,所以也比较难改变;第2点原因概括起来就是煤岩体在被采掘过程中,存在于其中的原岩应力平衡状态受到破坏后,岩体自重应力、构造应力以及人类采掘动载荷等重新分布,这样形成一种新的应力状态,即采动应力。采动应力为时间与空间的函数,因此它的大小、方向和分布位置直接的、动态的影响着煤岩体的稳定与非稳定状态。

另外,从冲击地压的防治来看,控制冲击地压灾害的发生,实质上就是改变煤岩体的应力状态或者控制高应力的产生,以保证煤岩体不足以产生失稳破坏或非稳定破坏。因此冲击地压的防治途径主要是通过各种手段扩大应力释放范围以降低应力集中程度与应力释放速度。

为了从根本上改变煤岩体应力分布规律,以降低冲击危险程度,目前采用的冲击地压控制方法主要包括合理的开采布置、保护层开采、煤层松动爆破、煤层预注水等;对于已具有冲击危险的煤岩层,采用的控制方法有煤层卸载爆破、钻孔卸压、煤层切槽、底板定向切槽、顶板定向断裂等。但是,由于目前对于煤岩层冲击危险区域、危险程度还不能做到较准确的判断,因而冲击地压的防治基本为全面的、无重点的防治。

*收稿日期:2010-01-12

作者简介:石磊(1970-),男,汉族,七台河人,1992年毕业于黑龙

江矿业学院采矿专业,工程师。

2 沿空留巷围岩的矿压显现特征

2.1 采动时期的受力状况

沿空留巷位于采空区边缘,巷道经历了上区段工作面的采动影响,巷道顶板的下沉、破坏必然受到采空区上覆岩层沉降总规律的制约。上区段工作面采动后,沿空巷道经历老顶岩层从即将断裂前的极限状态到发生断裂失稳,然后到回转下沉压实采空区的过程。在这个过程中,由于老顶的剧烈活动,引起沿空巷道巷道煤帮和巷道支护发生剧烈变形。受力状况与用煤柱维护的巷道有明显区别。

上区段工作面的采动影响趋于稳定后,随着采空区岩层的沉降和煤帮支承压力的衰减,沿空留巷煤帮的承载能力与支承压力很快处于平衡状态,围岩变形显著下降并趋于稳定。本区段工作面回采时,规则移动带岩层原有的平衡状态将受到强烈影响。在超前支承压力的作用下,规则移动带岩层将有一定的回转下沉。规则移动带岩层结构的这种运动和不稳定状态造成沿空巷道围岩应力的再次重新分布和集中,巷道围岩表现出强烈变形。2.2 沿空留巷的顶板下沉规律

回采工作面推进引起的上覆岩层运动,其发展是自下而上的,上部具有明显的滞后现象,沿空留巷的顶板会在较长时间内受到老顶上覆岩层运动的影响。

(1)采面前20~40m 处煤层上覆岩层开始运动,但下沉速度很小,为岩层初始沉降期。

(2)煤层开采后,垮落带岩层冒落,规则移动带岩层及上覆岩层急剧沉降,在工作面后方10~20m 处,下沉速度最大。在工作面后方0~60m 范围内,下沉量占最终下沉量的80%左右,称为岩层强烈沉降期。

(3)在工作面后方60m 以外,规则移动带及上覆岩层沉降速度逐渐衰减,在工作面后100m 左右,岩层运动基本稳定。这个时期内岩层的下沉量占最终下沉量的15%左右,称为岩层沉降衰减期。

(4)如果直接顶板冒落能够填满采空区,使老顶处于平衡状态,采动期间沿空留巷的顶板下沉量与煤层采厚呈正比关系,一般为采高的10%~20%,基本属于/给定变形0。沿空巷道的顶板往往明显地向采空区方向倾斜,倾角一般为3~6b 。(下转第226页)

这样一来,施工地点气体浓度逐渐降至0.0024%以下,确保了施工地点的安全顺利施工。3.4 双风机、双电源 自动切换、自动分风

在通风设备上,实现/双风机、双电源,自动切换、自动分风0,只需购买一台分风开关便可,做到了小投资解决大问题,为复采工作中防止瓦斯积聚现象奠定了基础。在安全监控系统上,针对复采这一特殊状况,迎头配备了CH 4、CO 、CO 2传感器,全系统购置传感器达10余种,并做到了正常运行、正确使用、标准化操作。3.5 利用综合防灭火手段

根据不同条件,充分利用各种防灭火技术:(1)阻化剂防灭火技术:氯化镁+水按15~20%的浓度配比混合,用SD WP-1型注液泵顺工作面下出口向上出口采空区内喷射;(2)黄泥灌浆充填技术:采用黄土粉+水按1:1配制,搅拌均匀,用TB W -200/40型泥泵对密闭压注灌浆;(3)高水速凝固化充填技术:采用甲、乙两种固体粉料,分别加水,搅拌均匀,用TB W -50/15型泥浆泵充填;(4)工作面运输巷、回风巷喷三合土封堵漏风技术、凝胶防灭火技术、M EA 防灭火剂防灭火技术进行防灭火处理,通过对复采工作面超前注水一系列措施的实施,对防灭火也起到很好的作用。3.6 井上下分别设置静压水池

井上静压水池为排水循环再利用,水质满足规程规定,主要供给-128m 及下水平防尘用水;井下静压水池设在东风井井身+30m 标高处,主要供给东石门复采工作面防尘用水,因为东石门复采区标高在-30~-120m 之间,这样两路供水互不影响,有利于各采掘地点独立工作,杜绝了水压小或无水现象造成的误时滞工。在防尘管路连接上,由卡箍连接代替原来的法兰盘连接,增加了水压,减少了以往频繁的管路滴水、漏水现象,进一步优化了井下复采工作环境。4 结语

山东海力实业集团有限公司石屯煤矿不断依靠科技进步,创新安全生产综合管理,立足矿井复采实际,加强一通三防管理,全面实现矿井安全生产目标,截止到2009年11月2日,实现安全生产2156天。

(上接第224页)

3 工作面采动围岩应力分布特征

如图1所示,按照支承压力大小的变化,可将其分为增压区、减压区和稳压区。在工作面前方支承压力的峰值到煤壁为极限平衡区,

向煤体内则为弹性区。

A -减压区;

B -增压区;

C -稳压区;

D -极限平衡区E-弹性区图1 支承压力的分区

随着工作面的回采,此时在工作面的前方形成了超前支承压力,它随着工作面的推进而不断前移,最大值发生在工作面的中部,峰值可达原岩应力2~4倍,即(2~4)C H 。其峰值位置可深入煤体2~10m 。其影响范围根据观测资料可达工作面前方90~100m 。

回采工作面推进一段距离以后,采空区后方将逐渐进入压实状态,此时也可能形成另外一个波形压力峰值,此峰值有可能大于、等于或小于C H 值。

在回采工作面推过后,上下两侧沿倾斜上、下方均可形成支承压力,即成为侧向支承压力。支承压力大

小及空间分布见图2所示。

图2 回采工作面周围垂直应力在煤层平面内分布示意图

4 工作面冲击危险区域预测与圈定

4.1 危险区

依据沿空留巷围岩矿压显现规律及倾斜煤层开采工作面、巷道围岩应力分布特征,在开采过程中始终受工作面后方采空区、工作面上区段采空区顶板悬臂梁来压威胁,因此工作面上巷临近工作面150~200m 以内区域,工作面上端头40m 以内为一般危险区。4.2 特别危险区

根据兖州南屯2007年/3.130冲击地压事故及其他矿区众多冲击地压事故发生特征,在工作面推进距离和工作面长度相当时,采空区基本顶垮落最充分,而垮落前工作面、巷道冲击危险性增强。

同理,在工作面推进距离与本工作面长度加上上区段采空的工作面长度之和相当时,本工作面、巷道冲击危险性增强。此外,由于煤层顶板的坚硬,在基本顶来压期间工作面、巷道冲击危险性增强。参见图2。