综放采场沿空区段巷道底板冲击地压防治及工程实践_高晓彬.pdf

煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 0引言 从我国能源的生产和消费结构看， 在未来数十年 内， 煤炭作为我国的主导能源不可替代。 然而， 数据显 示，我国煤矿平均开采深度正在以每年 8- 12m 的速 度增加[1]。 随着浅部资源逐渐消耗殆尽， 深部开采势在 必行。 深部煤层具有赋存复杂、 承压大、 构造活跃等问 题， 动力灾害发生频繁， 严重程度加剧。其中， 冲击地 压问题尤为突出。 在中国学术期刊网内检索 2001- 2017 年 17 年间 的冲击地压相关文献， 共检索论文 533 篇， 涉及矿井 121 个， 发生在回采工作面、 掘进巷道和回采巷道的 冲击地压数量分别为 16 个、 48 个和 57 个， 巷道冲击 地压约占 87的比例。由此可见， 近年来绝大多数冲 击地压灾害都发生在巷道中， 因此治理巷道底板冲击 地压的发生， 对有效防治冲击地压意义重大。 1冲击地压影响因素分析 煤岩体开挖后， 应力平衡瞬间被破坏， 冲击地压 便是煤岩体应力失衡后发生猛烈破坏的一种动力现 象，其诱发因素既有煤岩体本身的力学性质影响， 又 有外力影响。 1.1开采深度 岩体在三轴应力状态下， 其内部集聚有大量弹性 能， 根据能量守恒， 冲击地压发生时， 变形弹性能将全 部对煤岩体做功使其产生破坏和运动。 由此推导出冲 击地压发生的临界深度 H1.73 Rc γ K1 K0■ （1 ） 式中 Rc为煤岩体的单向抗压强度； γ 为容重； 调 整系数 K1＞1； K0（12λ ） （1- λ ） 2 （1λ ） ， λ 为侧压系数。 从式 （1 ） 可以看出， 冲击地压临界深度 H 与煤岩 体的单轴抗压强度 Rc、 容重 γ 以及侧压系数 λ 有关， 不同矿井冲击地压发生的临界深度不同。 开采深度越 大， 冲击地压发生的可能性越大， 发生次数越频繁。 1.2地质构造 据统计， 发生在构造带 （主要指断层、 褶皱、 相变 ） 附近的冲击地压占所有冲击地压发生次数的 70以 上[2]。 综放采场沿空区段巷道底板冲击地压防治及工程实践 高 晓 彬 （山西西山晋兴能源有限责任公司 斜沟煤矿 ， 山西 兴县 033602 ） 摘要 在有明显冲击地压可能性的综放采场一般采用沿空留巷的巷道布置方式，但由于冲击地压 的存在， 沿空留巷存在底板冲击危险性。 常规的卸压方法具有工程量大、 工序繁琐的问题， 且防治冲击 地压效果不明显。 本文通过研究沿空区段巷道底板冲击地压的影响因素及卸压方法， 针对性地提出防 治措施， 从根本上降低防冲难度， 为同类工程实践提供参考。 关键词 综放采场 ； 沿空巷道 ； 应力监测 底板冲击地压 中图分类号 TD324文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 05- 0062- 03 Prevention and engineering practice of rock burst in roadway floor along goaf in fully mechanized top coal caving face GAO Xiaobin （Shanxi xishan JinXingenergyco., LTDXiegou Mine ， Shanxi Xingxian 033602 ） Abstract in the fully mechanized caving mining field with the possibility ofstriking the ground pressure, the roadway arrangement way along the gob is generally adopted, but because ofthe existence ofthe rockburst, there is the risk of the floor impact in the roadway along the space. The conventional pressure relief has the problems of large engineering volume and complicated process, and the effect of preventing and controlling rock burst is not obvious. In this paper, through the study of the impact factors of the floor impact pressure of the floor of the roadway along the empty section, the prevention and control measures are put forward to reduce the difficulty of the impact and provide refer- ence for the practice ofthe same kind ofengineering. Key words fullymechanized top coal cavingface ; gob side entry; stress monitoring; floor rock burst 62 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 因构造带附近水平应力较高，侧压系数增大， 从 上式 （1 ） 可以看出， 侧压系数 λ 越大 H 越小， 构造带 减小了冲击地压发生的临界深度， 增加了冲击地压发 生的可能性。 1.3采煤方法 采煤方法对冲击地压的影响主要表现在支承压 力分布的影响范围上。如图 1 所示， 与单一煤层开采 相比， 综放开采一方面使超前支承压力的分布范围增 大， 应力峰值降低， 增大了压力分布范围， 有利于防止 冲击地压； 另一方面， 裂隙区的增大改变了煤体的力 学性质， 使得煤体内的弹性能在释放时得以消耗和缓 冲， 在一定程度上降低了冲击危险性。 图 1综放与单一煤层开采支承压力分布对比 1.4巷道布置 巷道布置对冲击地压的影响主要在于是否人为 造成应力的集中或叠加， 要避免形成 “孤岛” 或 “半岛” 的现象， 引起应力集中。 2冲击地压防治措施 目前， 我国煤矿防治冲击地压的方法主要有局部 主动解危方法和区域性防范方法[3][4]， 其中前者包括断 顶、 断底爆破、 底板开槽卸压等， 后者包括优化巷道布 置、 开采保护层等。 1 ） 局部主动解危方法。 深孔断顶卸可以造成厚层 坚硬顶板的预先断裂， 削弱厚层顶板的连续性， 减小 压力集中， 以减弱或消除冲击地压危害。 2 ） 区域性防范方法。 采用采矿优化设计方法能够 从源头上消除或减小应力集中程度，降低冲击危险。 如利用上区段采空区顶底板压力释放的优点， 将下区 段回风巷布置于卸压位置， 有沿空留巷、 错位布置等。 3工程实践 某矿采用斜井多水平开拓方式， 矿井采用分组开 采方式， 4、 6 煤层为一组，平均倾角为 33， 6 煤 作为保护层开采， 已开采至 - 1010m。4 煤层平均厚 度为 6.4m， 曾多次发生冲击地压。 1412 工作面采用综 采放顶煤方法开采，本次工程实践为 1412 工作面区 段回风巷的防冲设计。 3.1沿空巷道底板防冲设计 根据 2- 3 节分析， 本次实践拟采用优化巷道布置 的思路来完成 1412 工作面区段回风巷的防冲设计。 1 ）方案一。方案一考虑把沿空巷道布置在上工 作面运输巷正下方， 即无煤柱布置方式， 同时减少了 资源浪费， 具体布置方式见图 2。 图 2方案一沿空巷道布置图 2 ）方案二。因采深较大， 仅靠解放 6 煤不能完 全消除冲击地压发生的可能性， 方案二考虑寻找 “假 解放层” ，将 1412 回风巷向 1411 采空区下方内错布 置， 具体布置方式见图 3。 图 3方案二沿空巷道布置图 3.2数值模拟 根据该矿地质资料， 利用 FlAC3D 数值模拟考察 两种方案下 1412 回风巷的变形情况、应力云及塑性 区分布。 1 ）两种方案围岩应力分布考察。 （a ）方案一沿空巷道围岩应力云分布图 （b）方案二沿空巷道围岩应力云分布图 图 4两种方案下开巷道围岩应力云分布图 由图 4 对比可以看出，方案一 1412 回风巷围岩 63 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 承压较大， 在支护完整的情况下， 必然造成底板压 力集聚， 进而引起冲击地压。方案二 1412 回风巷围 岩应力整体偏低， 围岩承压分布均匀， 有利于防止 冲击地压。 2 ）两种巷道围岩塑性区考察。 由图 5 可见， 巷道开挖后， 巷道周围围岩表现不 同程度的破坏，方案二的塑形破坏区远比方案 1 的 大， 也就表明围岩对冲击的缓冲能力较强， 这对于防 止冲击地压是极其有利的。 （a ）方案一沿空巷道围岩塑性区分布图 （b）方案二沿空巷道围岩塑性区分布图 图 5两种方案下开巷道围岩塑性区分布图 3 ）两种方案下超前支承压力考察。 由图 6 对比可以看出， 方案二工作面前方最大支 承压力较小， 有利于巷道维护。 图 6两种方案超前支承压力分布图 4 ） 两种方案最大底鼓量考察。 图 7两种方案工作面后方 50m 处最大底鼓量对比 由图 7 对比可以看出， 两种开采方式下顶底板位 移量均相对较小，但方案二后期底鼓量增加较少， 有 利于巷道维护。 4结论 1 ）冲击地压临界深度 与煤岩体的单轴抗压强度 、 容重 以及侧压系数 有关， 不同矿井冲击地压发生的 临界深度不同。开采深度越大， 冲击地压发生的可能 性越大， 发生次数越频繁。 2 ）在开采有冲击危险性的煤层时，应做好前期 的地质探查工作， 尽量避免巷道布置于较大的构造带 内。合理布置工作面， 合理选择采煤方法可在一定程 度上规避冲击危险性。 3 ） 巷道优化布置对于工作面超前支承压力峰值 大小、 位置影响较大。合理的巷道布置， 对于分散支 承压力、 缓冲围岩应力效果比较明显， 应力分布相 对均衡。 4 ）防冲巷道布置方案下， 底鼓量均较小， 有利于 巷道的维护。 参考文献 [1] 何满潮， 谢和平， 彭苏萍， 等．深部开采岩体力学研究 [J]．岩石力学与工程学报， 2005， 2416 2803- 2813． [2] 徐学锋， 窦林名， 刘 军， 等. 煤矿巷道底板冲击矿压发生 的 原 因 及 控 制 研 究[J]. 岩 石 力 学 ， 2010,31（6） 1977- 1982. [3] 曹安业， 朱亮亮， 杜中雨， 等.巷道底板冲击控制原理与解 危技术研究 [J]. 采矿与安全工程学报， 2013， 30 （6） 848- 855. [4] 姜耀东， 潘一山， 姜福兴， 等. 我国煤炭开采中的冲击地 压机理和防治[J]. 煤炭学报， 2014,39 （2） 205- 213. [5] 齐庆新， 窦林名． 冲击地压理论与技术[M]． 徐州 中国 矿业大学出版社， 2008． [6] 姜福兴， 魏全德， 姚顺利,等. 冲击地压防治关键理论与技 术分析[J]. 煤炭科学技术， 2013,41 （6） 6- 9. 作者简介 高晓彬 （1989-） ， 男， 山西临县人， 2009 年 7 月毕业于潞 安职业技术学院煤矿开采技术专业， 现从事煤炭开采技术工 作。 （收稿日期 2018- 8- 27） 64 ChaoXing