近距离煤层开采冲击地压预测与防治技术研究_王振.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 随着矿井开采深度的增加和地质条件的复杂， 冲击地压已经成为我国矿井面临最严峻的动力灾害 之一[1～3]。 冲击地压瞬间释放巨大的弹性能， 不仅会造 成井下设备的损害，严重情况下还会造成人员的伤 亡[3]。 近距离煤层群开采条件下冲击地压的预测和防 治更是一项难题，上煤层开采后残留的区段煤柱及 一侧采空的煤体在底板形成的集中应力，会使下煤 层回采时面临复杂的应力环境，在采动影响下容易 发生冲击地压[4～6]。 因此， 通过分析上下煤层群开采时 冲击地压显现规律， 研究冲击冲击预测和防治技术， 保证矿井的安全回采。 1地质概况 漳平矿 2 煤和 4 煤层属于近距离煤层， 煤层间距 20m，上煤层 2 煤四采区 4202 工作面和下煤层 4 煤 四采区 4401 工作面是该矿首个近距离联合开采工作 面。 2 煤层平均倾角 32， 煤层平均厚度 2.5m。 4 煤层 平均倾角 26， 煤层平均厚度 1.9m。4401 工作面进 行巷道掘进时，其上部 2 煤层 4202 工作面正进行回 采工作， 二者落差在 20m左右。 2 近距离煤层不同位置关系数值模拟 2.1模拟方案 采用 RFPA模拟不同错距下 2 煤 4202 工作面和 4 煤 4401 工作面回风巷掘进同采时变形破坏情况， 得出上下煤层开采合理错距。 根据矿井岩层性质设定 模型参数，建立长宽高 291mm300mm53mm 模 型， 其岩层力学参数见表 1。 表 1模型岩层力学参数表 2.2模拟结果分析 通过 RFPA 模拟得到 2 煤和 4 煤不同错距情况 近距离煤层开采冲击地压预测与防治技术研究 王振 （中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司 ，陕西 西安 710075 ） 摘要 以近距离煤层工作面为研究对象，采用 RFPA 模拟得到 2 煤 4202 工作面和 4 煤 4401 工作 面回风巷同采错距大于 100m时， 下煤层巷道掘进受上煤层工作面回采影响较小。 划分了巷道掘进和 工作面回采期间冲击危险区域， 4401 工作面回风巷掘进期间采用 “分段式” 防治措施， 4202 工作面回 采期间危险区域采用大直径钻孔卸压 匀速慢推的防治措施。采用钻屑法进行卸压效果检验， 结果 表明， 卸压效果良好。 关键词 近距离煤层 ； 冲击地压 ； 错距 ； 防治 中图分类号 TD324.2文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0051- 03 Study on Prediction and Prevention Technology of Rockburst in Close Seam Mining WANG Zhen （BeijingHuayu EngineeringCo., Ltd., China Coal Science and TechnologyGroup , Xian 710075 ， China ） Abstract Taking the short- distance coal seam face as the research object, the RFPA simulation was used to get that when the dislocation distance between the return air roadwayofNo. 2 coal 4202 face and No. 4 coal 4401 face is greater than 100 m, the drivingoflower coal seam roadwayis less affected bythe miningofupper coal seam face. The dangerous areas ofroadwayexcavation and workingface miningare divid- ed. The “sectional“ prevention measures are adopted in the air return roadway excavation of 4401 working face, and the prevention measures oflarge diameter borehole pressure reliefand uni speed slowpush are adopted in the dangerous areas of4202 working face. The pressure reliefeffect is tested bydrillingcuttings , and the results showthat the pressure reliefeffect is good. Key words close coal seam; rock burst ; offse ; prevention and control 岩性 体积模 量/GPa 剪切模 量/GPa 内聚力 /MPa 抗拉强 度/MPa 摩擦 角/ 密度 / （kg/m3） 厚度 /m 中砂岩19.0144.36.637262012 细砂岩10.072.43.53223006 3 煤 4.53.81.00.82914004 砂质泥岩15.611.24.256.833238010 4-2 煤 17.912.94.86.43525607 砂质泥岩15.611.24.256.833238010 细砂岩10.072.43.53223006 51 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 下开采主应力图， 如图 1 所示。 （a ）相距 110m（b）相距 80m （c ）相距 50m（d）相距 20m 图 1上下煤层不同错距主应力图 由图 1 可知，随着上下煤层之间距离的减小， 下 煤层 4401 工作面回风巷迎头及两帮所承受的应力逐 渐增加， 巷道在高应力的作用下变形破坏情况也趋于 严重。 当上煤层 4202 工作面距下煤层 4401 工作面回 风巷迎头 110m 时，巷道受上煤层工作面回采影响 小， 巷道迎头区域承受应力小， 围岩基本没有发生位 移变形。 当上煤层工作面距下煤层巷道迎头距离小于 110 时， 巷道迎头及两帮开始出现应力集中， 围岩开 始出现位移变形， 二者距离减小至 80m 时， 应力显现 明显， 围岩变形量达到 7～8mm。根据模拟以及矿井实 际条件分析可知，上下煤层同采时合理错距大于 100m时，下煤层巷道掘进受上煤层工作面回采影响 较小。 3冲击地压危险区域划分 3.14401 回风巷掘进冲击地压危险区域 4401 工作面回风巷地质条件简单，巷道掘进期 间主要受到上煤层 4202 工作面回采的影响，巷道掘 进期间共划分三个危险区域， 见表 2。 表 24401 工作面回风巷掘进期间冲击地压危险区域 表 34202 工作面回采冲击危险区域 3.24202 工作面回采冲击地压危险区域 4202 工作面地质条件简单， 回采期间主要受断 层、 初压与见方影响， 共划分五个危险区域， 如表 3 所示。 4冲击地压防治技术 4.1掘进期间冲击地压防治技术 4401 工作面回风巷冲击地压采用“分段式” 防 治措施，分别根据不同冲击危险区域制订最优的防 治措施。 1 ） Ⅰ区域。 巷道掘进期间Ⅰ区域、 Ⅱ区域都会受到 2 煤工作 面回采超前支承压力的影响， 容易形成应力集中。因 此， 通过煤层注水的方式软化煤层， 避免应力在该区 域的集中。 Ⅰ区域、Ⅱ区域采用煤层注水防治冲击地压， 分 别在巷道两侧布置注水钻孔，两侧孔深分别为 20m、 15m， 孔径 Φ56mm， 间距 10m， 平行布置， 初设注水压 力不小于 5MPa。 2 ） Ⅱ区域。 Ⅱ区域虽然已经采用煤层注水卸压， 但是随着 2 煤 4202 工作面回采， 巷道迎头受到动压威胁较大， 因 此， 在注水卸压后还需要采用钻孔爆破方式进一步卸 压， 保证巷道掘进安全。 巷道迎头采用扇形循环爆破， 迎头前部依次布置 3 个爆破钻孔， 孔深 10m， 间距 0.5m， 孔径 Φ42mm， 钻孔斜向上 45； 迎头后路每隔 3m 打 10m 深钻孔， 钻孔斜向上 3～5， 钻孔距离地板 1.2m， 装药量为 1/3～1/2， 钻孔布置示意图如图 2 所示。图中， A1 为迎 头前部爆破区域， A2 为迎头后路爆破区域。 图 24401 回风巷迎头爆破卸压示意图 3 ） Ⅲ区域。 Ⅲ区域受断层影响有发生冲击的危险性， 但是由 于 2 煤的回采使得该区域危险等级为弱冲击， 在该区 域采用大直径钻孔的方式进行卸压。 编号位置/m危险区域范围/m影响因素危险等级 Ⅰ0～3850～3852 煤采动一般 Ⅱ385～415385～4152 煤采动中等 Ⅲ680～775680～775F12-2 断层弱 编号位置/m危险区域范围/m影响因素危险等级 DJC回风巷， 0～130回风巷， 0～405大断层、 初压、 见方一般 C进风巷， 35进风巷， 25～45初压弱 J进风巷， 85进风巷， 65～105见方弱 D2进风巷， 240～250进风巷， 230～260小断层弱 D3回风巷， 620～710回风巷， 610～720小断层弱 52 ChaoXing （上接第 50 页 ） 参考文献 [1] 翟小伟,杨琛,陈晓坤,杨一帆.煤矿井下封闭采空区内细菌 影响 CO消失的实验研究[J].煤炭工程,2018,50 （07 ） 80- 83. 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[5] 李宗翔,刘宇,王政,林琳.九道岭矿采空区注 CO2防灭火 技术数值模拟研究 [J]. 煤炭科学技术,2018,46 （09） 153- 157. 作者简介 张冬冬 （1986-） ， 男， 山西省长子县人， 2012 年毕业于太 原理工大学阳泉学院采矿工程系采矿工程专业，助理工程 师， 现从事矿井一通三防工作。（收稿日期 2019- 4- 22） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 Ⅲ区域采用大直径钻孔的措施进行卸压， 钻孔深 度为 20m， 间距 2m， 孔径 Φ110mm， 钻孔距离地板 1.2m。每 5 个钻孔为一组， 每组钻孔间距为 5m。 4.2回采期间冲击地压防治 4202 工作面回采期间冲击危险区域采用大直径 钻孔和匀速慢推的方式进行卸压。 大直径钻孔参数与 4401 工作面回风巷Ⅲ区域钻孔参数一致。工作面回 采至距巷道迎头 110m 位置时采用匀速慢推， 避免应 力在工作面和巷道集中。 当工作面回采至背离巷道迎 头 40m位置时， 恢复工作面正常的回采速度。 5卸压效果检验 采用钻屑法对冲击地压危险区域进行监测， 并对 卸压后效果进行检验。根据矿井已采工作面监测结 果， 结合 2 煤、 4 煤参数， 得到 4401 工作面回风巷掘 进和 4202 工作面回采冲击危险区域煤粉量临界指 标， 如表 4 所示。 表 4钻屑法监测冲击地压煤粉量指标 4401 工作面回风巷掘进冲击危险区域采用钻屑 法监测卸压效果， 钻孔孔径 42mm， 孔深 7.0m， 距巷帮 1.0m，距巷道底板 1.5m。监测结果最大钻粉量为 2.8kg/m， 卸压效果良好， 卸压后巷道无冲击危险。 4202 工作面回采冲击危险区域同样采用钻屑 法监测卸压效果， 钻孔参数一致。 监测结果最大钻粉 量为 2.3kg/m， 卸压效果良好， 卸压后工作面无冲击 危险。 6结论 1 ） 以近距离煤层工作面为研究对象， 采用 RFPA 模拟了不同错距 2 煤 4202 工作面和 4 煤 4401 工作 面回风巷同采合理错距， 通过主应力图可知， 上下煤 层同采时合理错距大于 100m 时， 下煤层巷道掘进受 上煤层工作面回采影响较小。 2 ） 根据矿井地质条件， 划分了 4401 工作面回风 巷掘进期间和 4202 工作面回采期间冲击危险区域。 巷道掘进期间采用 “分段式” 防治措施， Ⅰ区域采用煤 层注水卸压， Ⅱ区域采用煤层注水 爆破卸压， Ⅲ区 域采用大直径钻孔卸压。 工作面回采期间危险区域采 用大直径钻孔卸压 匀速慢推的防治措施。 3 ） 采用钻屑法进行卸压效果检验， 结果表明， 最 大煤钻粉量没有超过冲击地压临界值，卸压效果良 好， 有效的防治了冲击地压。 参考文献 [1] 曹耿.近距离煤层开采冲击地压时空作用机制[J].煤炭与 化工,2018,41 （07） 7- 9. 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