钻孔卸压防治强矿压的效果分析.pdf

1632018 年第 6 期 钻孔卸压防治强矿压的效果分析 马成云 （同煤集团同家梁矿，山西 大同 037003） 摘 要 针对同家梁矿 8105 工作面强烈矿压显现这一现象，设计了多种卸压方案。布置三排卸压孔时，煤体中的应力集 中程度大大降低，峰值由 34.8MPa 降至 31.4MPa，应力降低了 9.7，围岩向深部转移了 2m，巷道围岩应力得到了释放和 转移；卸压孔间距为600mm时， 应力卸压范围大， 较孔间距为800mm和1000mm的方案卸压效果较好， 确定布置3排钻孔， 钻孔间距为 600mm。 关键词 钻孔卸压 强矿压 数值模拟 方案设计 中图分类号 TD324 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2018.06.069 Analysis of the Effect of Pressure Relief on the Pressure of the Borehole Ma Cheng-yun Tongjialiang Coal Mine, Datong Coal Mine Group, Shanxi Datong 037003 Abstract In view of the phenomenon of strong mining pressure in the 8105 working face of the Tongjialiang Mine, a variety of pressure relief schemes have been designed. Arrangement of three rows of pressure relief hole, the stress concentration of coal is greatly reduced, peak from 34.8MPa to 31.4MPa, stress was reduced by 9.7, the surrounding rock in deep transfer 2m, stress of surrounding rock of roadway has been released and transfer; When the spacing of pressure relief hole is 600mm, the stress discharge pressure range is large, and the solution pressure relief effect of 800mm and 1000mm is better than the hole spacing. Determine the layout of 3 rows of drilling holes and the spacing of holes is 600mm. Key words borehole unloading strong ore pressure numerical simulation scheme design 收稿日期 2018-01-30 作者简介 马成云（1980-），山西省大同市灵丘县人，毕业于太 原理工大学采矿工程专业 , 现任同家梁矿机运三区机电技术员。 同家梁矿 8105 工作面在回采过程中，回采巷 道出现了强烈矿压显现。针对强烈矿压显现这一现 象，设计了多种卸压方案 [1-4]，采用数值模拟方案分 析卸压效果，确定合理的卸压方案，降低巷道围岩 应力，减轻回采巷道强烈矿压显现，保证回采巷道 的稳定。 1 钻孔卸压方案设计 以 5103 巷为例说明钻孔卸压措施。针对 5103 巷，设计了 3 种卸压钻孔布置方案，即单排孔、双 排孔和三排孔，具体钻孔布置见图 1。其中孔径选 择 108mm，孔深为 15m，孔间距为 1000mm。根据 初步确定的设计方案，再对钻孔间距进行优化，分 别分析钻孔间距 600mm、800mm 和 1000mm 三种 方案的卸压效果。采用 FLAC3D数值模拟软件分别 对不同排数的卸压钻孔的卸压效果进行模拟分析。 图 1 三排卸压孔布置图 2 钻孔卸压效果分析 图 2 为巷道围岩的垂直应力分布，由图可 以看出，在卸压钻孔一定范围内应力得到了释 放，在未进行钻孔卸压时，巷道围岩的应力峰 值为 34.8MPa，单排孔时巷道围岩垂直应力峰值 为 33.9MPa，双排孔时巷道围岩垂直应力峰值 为 32.3MPa，三排孔巷道围岩垂直应力峰值为 31.4MPa，随着卸压孔排数的增加，巷道围岩应力 1642018 年第 6 期 峰值略微减小。卸压钻孔不仅可以使一定区域内应 力降低，还能使围岩应力向煤体深处转移，可以看 出在无卸压钻孔时，应力峰值点位于煤壁内约 4m 处；在有单排卸压钻孔时，应力峰值点位于煤 壁内约 4.5m 处；在有双排卸压钻孔时，应力峰值 点位于煤壁内约 5m 处；在有三排卸压钻孔时，应 力峰值点位于煤壁内约 6m 处。当有三排钻孔时， 煤体中的应力集中程度大大降低，峰值由 34.8MPa 降至 31.4MPa，应力降低了 9.7，围岩向深部转移 了 2m，巷道围岩应力得到了释放和转移。 图 2 卸压孔不同排数巷道围岩应力分布 图 3 为距巷道帮深度 3m 处应力剖面，由图可 以看出在卸压钻孔一定范围内应力得到了释放，随 着排数的增加，图中黑色区域逐渐减小，表明高应 力的范围逐渐减小，在有三排卸压钻孔时，巷道的 卸压范围较大，应力得到了充分释放。 卸压孔布置三排的效果明显优于两排孔和单 排孔。在钻孔排数确定后，进一步对不同钻孔间 距的卸压效果进行模拟分析。分别对钻孔间距为 1000mm、800mm 和 600mm 的三种方案进行数值模 拟。图 4 为不同钻孔间距的巷道围岩垂直应力分布， 由图可知钻孔间距为 1000mm 时巷道围岩垂直应力 峰值为 31.4MPa，钻孔间距为 800mm 时巷道围岩 垂直应力峰值为 31.8MPa，钻孔间距为 600mm 时 巷道围岩垂直应力峰值为 32.1MPa。随着钻孔间距 的减小，巷道围岩应力峰值相差不大。 图 3 卸压孔不同排数距巷道帮深度 3m 处应力剖面 图 4 卸压孔不同孔间距巷道围岩应力分布 三排孔 图 5 为不同卸压孔间距距巷道帮深度 3m 处应 力分布，由图可以看出，随着钻孔间距的减小，图 1652018 年第 6 期 中深色的区域逐渐减小，表明高应力的范围逐渐减 小，巷道的卸压范围增大。还可明显看出当间距为 600mm 时，卸压区域相互完全联通。由上述可知， 钻孔间距为 600mm 的方案，应力卸压范围大，卸 压效果较好。 图 5 卸压孔间距不同距巷道帮深度 3m 处应力剖面 3 结论 （1）布置三排卸压孔时，煤体中的应力集中 程度大大降低，峰值由 34.8MPa 降至 31.4MPa，应 力降低了 9.7，围岩向深部转移了 2m，巷道围岩 应力得到了释放和转移。 （2） 卸压孔间距为600mm时， 应力卸压范围大， 较孔间距为800mm和1000mm的方案卸压效果较好。 （3）确定钻孔卸压方案为布置 3 排钻孔， 钻孔间距为 600mm。该方案可降低巷道围岩应力， 提高巷道稳定性。 【参考文献】 ［1］ 郑 贺 , 王 猛 , 徐 少 辉 . 深 部 巷 道 围 岩 钻 孔 卸 压 与 围 岩 控 制 技 术 研 究 [J]. 矿 业 安 全 与 环 保 ,2014,410551-55. ［2］ 张英 , 郝富昌 , 刘成军 , 等 . 考虑煤的塑性软化和 扩容特性的钻孔卸压范围 [J]. 辽宁工程技术大学 学报 自然科学版 ,2013,32121599-1604. ［3］ 易 恩 兵 , 牟 宗 龙 , 窦 林 名 , 等 . 软 及 硬 煤 层 钻孔卸压效果对比分析研究 [J]. 煤炭科学技 术 ,2011,39061-585. ［4］ 李金奎 , 熊振华 , 刘东生 , 等 . 钻孔卸压防治 巷道冲击地压的数值模拟 [J]. 西安科技大学学 报 ,2009,2904424-426432. （上接第162页） 9 0 3.37 10 JU 传播到煤体的能量为 91.5 3.37 105 90J f U − 此能量动载与静载叠加足以诱发强冲击。根据 上述研究结果，矿方委托北京科技大学开展了厚 硬岩层结构突变与地表沉陷及冲击灾害治理关系研 究项目，开展了相应的防护工作。 3 地表移动变形观测研究结果 随着 109 工作面的开采，已进入厚硬岩层结构 突变及煤柱失稳高度危险阶段，巨厚砾岩的运动控 制着地表沉陷特征，同时地表沉陷规律能够验证巨 厚砾岩及上覆岩层在关键阶段的断裂特点。通过及 时联合分析井下和地表监测数据，可得到冲击地压 危险性发展程度和地表岩移特征，从而全面指导煤 矿完成冲击地压防治、后期工作面开采设计和地表 沉陷控制要求。为此在 109 工作面上方布设了地表 移动变形观测站。该观测站布设两条观测线，沿近 似走向及倾向方向各布设了一条观测线。 109 工作面于 2014 年 4 月 1 日开始回采，至 2015 年 11 月 28 日观测结束。由实测数据可知 109 工作面回采引起的地表下沉基本稳沉后，测得 的地表最大下沉值为 0.897m。105、107、109 三 个工作面回采引起的地表下沉基本稳沉后，测得的 地表最大下沉值为 1.088m。而 107 工作面回采完 毕并基本稳沉后，地面观测到的点位最大下沉值为 54mm。105、107 工作面回采完毕并基本稳沉后， 地面观测到的地表最大下沉值为 265mm。对比上述 各下沉值不难看出，当 109 工作面采空区宽度超过 关键层的极限跨距导致关键层破断时，地表下沉量 急剧加大。并且地表监测点的下沉速度有较大的变 化。2015 年 1 月 18 日以前监测点的最大下沉速度 为 1.63mm/d，但在 2015 年 1 月 18 日至 2015 年 2 （下转第168页）