向斜轴部应力集中区域综合防冲解危措施的应用.pdf

Co a l Mi n i n g T e c h n o l o g y 向斜轴部应力集中区域综合防冲解危措施的应用 孟庆峰王青峰 徐州矿务集团庞庄煤矿 ，江苏 徐州 2 2 1 1 4 1 【 摘要 】 近年来，随着煤矿开采深度加深， 开采强度的增大， 煤 岩 体 内部 的应力集 中越 来越 高，发生冲击地压的可能性逐渐 增 高 ，能量的聚集、强烈、不控 制的释 放 ，极易对煤矿安全生产造 成 事故。本文简要 介绍在 向斜 轴部高应力集 中区域煤层开采过程 中 的综合防冲解危措 施在现场应用的实际情况 ，为高深部矿井研究冲 击地压积 累更多成功经验 。 【 关键词 】 深部开采；向斜轴部；应力集中区域；强冲击性； 深孔爆破 大能量震动信 号 1矿 井概况 徐州矿务集 团庞庄煤矿张小楼井位于徐州市西北铜 山县柳新镇 和刘集镇境 内，距徐州 市区 1 3 k m 。整个井 田东西长约 5 k m ，南北宽 约 3 k m ，井 田采矿登记面积为 1 4 ． 7 8 5 7 k m 。生产能力为 1 ． 2 M t ／ a ，采 用立井多水平开拓 ，新主井落底一 1 0 2 5 m水平，直径为 5 ． 7 m ；新副井 落底一 1 0 2 5 m水平 ，直径为 7 ． O m ；风井落底一 4 0 0 m ，直径为 5 ． O m 。矿 井采用走 向长壁采煤法 ，综合机械化采煤工 艺，全部垮落法 管理顶 板 。风机房 内安装有 2台型号为 G A F 2 6 ． 6 - 1 6 1 轴流式风机 ，一用一 各，采用 中央并 列机械抽 出式通风方法 。经 鉴定，矿 井为 高瓦斯、 有冲击危 险性矿井 。 2 9 5 2 0 8工作面简介及 防冲问题的成因 2 ． 1工作面简介 张小楼井 9 5 2 0 8综采工作面位于一 1 0 2 5西一下 山采区西翼 ，东 翼为 9 5 2 0 9采空 区，浅部为 9 5 2 0 6采空 区，深部为 9煤未采区 ，上 覆 7 5 2 0 8 、 7 5 2 1 0部分未采区。 工作面走向长度 3 7 1 m ， 倾 向长度 2 4 7 m 。 平均煤厚 2 ． 8 m，煤层倾角 0 。 一2 0 。 ，平均倾角 5 。。工作面标高为 一 1 1 1 5 m ～一 1 1 4 5 m ，采深大。 2 ． 2 工作面防冲 问题的成因 1 该面倾斜 上部有一条 向斜紧挨且平行于皮带机道，倾斜下 部有一条背斜靠近本面 ，工作面位于 向斜轴部 ，存在较大 的构造应 力 ，且受到两条褶 曲影响 ，随着工作面 的不 断向前推进 ，工作面 范 围内的压力显现越来越 明显 ，对巷道 围岩稳 定性影 响较大 。工作面 的冲击危 险性复杂 。 2 该面上覆为 7 5 2 0 8 、7 5 2 1 0工作面局部未采区，受到两个 工作面 的遗 留 l O O m未采煤柱影响 ，应力集中程度高。 3 经鉴定 ，该回采工作面顶板及煤层具有强冲击倾向性。 根据 以上可知，该工作面冲击危险性整体较强 ，对工作面安全 回采产 生威胁 ，因此 ，必须要采取综合防冲解危措施。 3工作面 回采期 间的常规监测方法 3 ． 1 S O S微震监测系统 在工作面回采期间，利用 S O S微震监测系统 时时记录该 区域发 生 的矿震及爆破诱发震动情况 ，时时统计并分析震动信号 的频次 、 能量、位置等变化趋势 ，分析周期来压显现与大能量信号 的关系 ， 对冲击地压的危险程度作出超 前预测 预报 。 3 ． 2 K J 5 5 0煤矿冲击地压应力在 线监测 系统 工作面 回采前 ，在 工作面两道 安装一套应力在 线监测 系统。从 工作面切 眼开始 ，每隔 2 0 3 0 m施工 1 组 2个钻 孔，每 组孔深 分别 为 8 m 、1 4 m ，共施工 1 2组钻 孔。随着工作面的向前推进 ，应力传感 器循环移动安装 ，始终将工作 面切眼前方 2 0 0 m范围内的煤 、 岩 体应 力状态 处于监测 范围内，时时监测 数据 ，提前对 煤、岩体应力状态 进行预警 、预报 。 3 ． 3 K B D 5电磁辐射监测仪 在回采工作面上及两道超前 3 0 0 m范 围内， 每隔 1 0 2 5 m均匀布 置测点，每天早班安排专人携带 K B D 5 电磁辐射监测仪进行定点监 测，及时分析和 整理监 测点数据 。 2 8 4 l 华东科技 3 ． 4 钻屑法监测 由防冲科 与综采 工区配 合，每天早班 安排专人在工作面两道超 前 6 0 m范围内，施工煤粉钻屑孔 ，监测煤粉量、深度及动力效应情 况 。施工钻孔时采用中4 2 m m钻头配 合普通 风钻在煤层 中开孔 ，垂直 于煤壁位置施工不少于 2个钻孔 。相邻两个钻孔间距为 l O 3 0 m ， 孔深 l O m ，监测 工作 面两道冲击危险程度。如发现监测数据异常 ， 必须及 时制定解 危措施 ，直至钻屑法监测数据正常，方可正常作业 。 4 回采期 间的常规解危方案及措施 4 ． 1大直径钻孔卸压 工作面回采期间使用 Z D Y 3 2 0 0型钻机对工作面外 围系统及两道 实施大直径钻孔整体卸压。 大直径钻孔卸压参数 卸压孔 间距 3 ． 2 m ， 钻孔距巷道底板 l _ 2 m ， 倾斜布置钻孔 ， 垂直巷道煤壁 ， 钻孔深度 1 5 m ， 钻孔 直径 l i 0 1 2 5 ra m ， 钻孔单排布置 。皮带机道在实体煤侧 实施 ，材料道在两 帮实施 ，回 风石 门在巷道右帮 向工作面方向 实施。 4 ． 2煤层超 前高压注水 使用 Z D Y 3 2 0 0 型钻机对工作面两道施 工直径 为 8 9 m m的煤层注水 孔 。 煤层注水孔参数 注水孔 间距 1 5 m ，钻孔距巷道底板 1 ． 5 m ，平 行煤层方 向，垂直巷道煤壁 ，钻孔直径 8 9 m m ，钻孔单排布置 。两道 施工钻孔 总长度 占工作面切 眼长度 的 2 ／ 3以上 。在工作面回采前约 1个半月时，通过施工好的钻孔进行超前预注水 ，减少煤层的应力 结构、降低煤体积蓄的弹性能 ，降低回采工作面 的冲击危险性 。超 前注水距离工作面不少于 6 0 m ，注水采用高压低流量注水泵 ，注水 压力取 6 ～1 2 M P a ，缓慢加压，每 次增压 0 ． 2 M P a ，每次增压 2 0 m i n ， 逐步增加到所定压力 ，每孔流量1 ． 5 m／ h ，每孔注水 时间不少 于 6 小时 。 5煤柱 下方及外 围系统巷道加强解危方案及措施 5 ． 1大直径深孔卸压孔 使用 C M S 卜6 2 0 0 ／ 8 0 L F型履带式钻 车在 9 5 2 0 8工作面两道上覆 7 煤煤柱下方 ， 施 工深孔 卸压孔超 前预卸 压。 第一个钻孔位置在 9 5 2 0 8 材料道上覆 7煤煤柱下方 向里 5 m处 ，施 工孔深 9 0 m ，直径 1 2 5 m m的 大直径深孔卸压孔 ，最后一个钻孔距离 9 5 2 0 8工作面预计止采线向 外 l O m处。 5 ． 2煤岩体卸压爆破 随着工作 面的不 断向前推移 ，距离上覆 7煤遗 留煤柱下方越来 越近，工作面区域 内压力明显逐渐增大 ，震动次数逐渐频繁 ，尤其 是对外围巷道 9 5 2 0 8皮带机道岩石横管及一 1 0 2 5回风石 门的影 响越 来越大，巷道变形量 明显变大 。在 9 5 2 0 8皮带机道 、9 5 2 0 8皮带机 道横管及一 1 0 2 5回风石门范围内实施顶 、底板爆破解危措施 。 6效果分析 通过采取 以上综合防冲 措施， 工作面整体 防冲 工作取得 明显效 果 ，确保 了工作面安全生产环境，使得工作面能够 安全 回采 。 1 采用钻屑法对工作面两道煤层卸压爆破前后的钻屑量指标 进行 了对 比分析 。1号和 2号钻孔为爆破后施工 的煤粉量检测孔 ，3 号和 4号钻孔为爆破前施工的煤粉量 检测孔 ， 3号钻孔在钻进至 7 ． 1 m 时出现卡钻和吸钻现象 ，4号钻孔在钻进至 8 ． 9 m时 出现卡钻和吸钻 现象，这 2个钻孔 未能按 照措施要求 的孔深施工到位 ，表明煤体 内 的应 力集 中程度 高，冲击危险性较大 。1号和 2号钻孔为煤层爆破 卸压后施 工的煤粉量检测孔 ， 这 2个钻孔均按照措施要求施工到位 ， 切施 工过程 中未出现 明显动力现 象，冲击危险性 降低 。 2 微震监测系统监测到 的大能量震动信号明显减少，从 图上 明显看出爆破前与爆破 后的 1 O 1 o J与 1 0 J的大能量震动信号 明 显有所减少，有效降低了工作面的冲击 危险性 。 煤矿技术 7 效 益 分 析 通 过采 取上述综 合防冲解危方案 ，有效降低 了煤体 内应力，大 大 降低 了工 作面的冲击危险性 ，确保 了该面 回采时的作业人员人身 安全 ，为该面安全 回采创造 了有利条 件，延 长 了 9 5 2 0 8工作面的 回 采时 间，多回收煤炭资源 7 5 8 5 6 t ，给企业增加了显著的经济效益 。 8小 结 矿井 防冲 工作一直是困扰煤矿安全生产 的一大 自然灾害 ，如何 做好防冲工作 ，对 工作面的安全 回采 、矿井 的安全生 产起 着至关重 要的作用 ，以上通过采取微震监测 、电磁辐射 监测、应力在线监测、 钻屑法监测等一 系列监测 方法 以及施工大直径钻孔卸 压、重点区域 卸压孔卸压 、大直径深孔 预卸压、煤层超前高压注水 、顶 板爆破卸 压、底板爆破卸压等综合 防冲 技术措施 ，对工作面及 外围区域进 行 全面解危处理，取得了很好的效果，并使 9 5 2 0 8工作面安全回采并 封 闭。 参考文献 [ 1 】 窦林名， 赵从 国， 杨恩光， 吴兴 荣 煤矿 开采冲击地压 灾害防治【 M】 ． 中 国矿业 大学出版社． 【 2 】2齐庆新， 窦林名． 冲击地压理论与技术 M】 ． 中国矿业 大学出版社． 作者简介 孟庆峰，吉林省榆树市人，毕业于黑龙江科技大学，安全工程专业。 现为徐 州矿务集团庞庄煤矿生产部技术主管，助理工程师。 王青峰，江苏徐州市人 ，安徽理工大 采矿工程 本科 毕业 ，现为 徐州矿 务集团庞庄煤矿赵家 山煤业 公司地测部探放水 队队长，助理 工程 师 上接第2 6 6 页 1 润滑油系统 的检修 与恢 复h l 3 1 O顶轴油泵直接从 主油箱 取油，与 M 3 1 0或大亚湾机组不 同，A P 1 0 0 0顶轴油泵取油 口来 自润 滑油泵出 口管网 ，且没有可 以切换 到主 油箱 取油的管道 ，故要投运 顶轴 油泵，整个 L O S系统都必须检修完毕 ，这样势必影响汽轮机 的 检修，L O S的检修工作将会成为关键路径； 2 若采用行车并车盘轴 ，不仅 占用行车资源而且存在大件 吊 装风 险 3 L O S系统检修成为关键路径 ，其相关消防及 电源系统的检 修 与恢复 工作压 力也将 增大 ； 4 从大修进度优 化考虑 ，建议对 顶轴 油部分进行改造 。 目前我 国海 阳和三 门核 电都在建造 A P 1 0 0 0机 组，由于 A P 1 0 0 0 的非能动及模块 集成 化理念，大修期间核岛 内检修工作相对大量减 少 ，大修 中常规 岛检修进度控制应 引起重视 。 参考文献 ⋯ 林诚格诽 能动安全先进核 电厂 A P 1 0 0 0 ． [ 2 ] 广 东核 电培训 中心． 9 0 0 MW 压水堆核 电站． 上接第2 7 5 页 5结 语 通 过分析 底板 老硐 的可 能 冒高及 对采煤 工作 面可 能产 生的 影 响 ，为采煤 工作 面过底板 老硐采取措施提供依据 ，既可减 少材料投 入 ，提高经济效益 ，又可减轻底板老硐 的威胁 ，保证 安全 生产 。 参考文献 [ 1 ] 邹 义成 ． 综 采 工作 面过 老硐 、断层 、揭 发 实践 与探讨 卟 煤炭 科 技． 2 0 1 1 0 9 ． [ 2 】 王 际福 ． 回采 工作 面过老硐 充填施 工方 法研 究与应 用Ⅱ 1 _ 煤炭 与化 工， 2 0 1 4 0 3 ． 【 3 】 赵 东城 ． 综 采 煤 柱 工 作 面 过 老 硐 群 的 技 术 实践 [ 『 】 ． 煤 炭 科 技 ． 2 0 1 3 0 3 ． [ 4 】 张华， 张毅， 宋建设． 夏桥 系三煤过老硐支护实践Ⅱ ] ． 能源技术与管 理． 2 0 1 0 0 6 ． 作 者简 介 李成功 1 9 6 9 一 ，男 ，江苏徐州人 ，本科 ，徐州矿务集 团有 限公司 旗 山煤矿 生产技 术部副 部长 ，助理工 程师 。 上接第2 8 2 页 4 ． 5发展液压伺服联动控制技术 通过发展液压伺服联动控制 技术，不仅可 以将采煤机和支架 间 的信 息传输、 电液系统的得 以控制 ，同时也提高了大功率采煤机 的 工作稳 定性 。同时受液压系统工作介质 封闭性和稳定性的优点 ，避 免了采煤环 境恶劣的影响。 4 ． 6学习和吃透国外核心技术 ，善于创新 对 于综采采煤机 的研发和应用 国外仍 处于领先水平，随着 国际 经济社会 的融合，我们可 以通过多种渠道对其进 行学习。其学习重 点应是 设计 理念和基础知识的提高 ，关键技术是 设备制造标准的提 高 ，在 学习和借 鉴的同时 ，我们还必须加大科技 创新 以适应 自身的 发展和工作环境 。 5结语 随着新兴科技和信 息化技术发展 ，现代装备制造业 的快速发展 给综合机械化采煤技术 带来 了动力和机遇 ，发展可靠性、高效性 、 高 自动化 的综采采煤机成为新型工业化发展 的趋势 。具备适应能力 强， 具备远程监测和控制 ， 与现代信息化技术配套等也是新型综采采 煤机的发展方 向。为此进一步吸纳和运用综采采煤机现代先进制造 技术，实现煤矿安全、高产、高效的 目标成为我国综采采煤技术发 展的必经之路。 参考文献 ⋯ 周信 ． 综采装备协 同控制关键技 术研究 l D 1 冲 国矿 业大学， 2 0 1 4 ． [ 2 ] 侯 敬平． 采煤机创新发展 方向研 究 『l 】 ． 山东煤炭科技， 2 0 1 4 ． [ 3 ] 武权 ． 采煤综采工作面安装技术探 索卟 技术与 市场， 2 0 1 4 ． [ 4 l 李建民．我国煤矿综采技术应用现状与发展『 l 1 ． 煤炭科学技术， 2 0 1 2 上接第2 8 3 页 害到整个系统 的安全性 。时刻保证矿井 的安全 ，定期 进行维 护， 并且不断地探寻新的技术及方法对巷道进行支护及维护 ，并且将好 的技术积极推广 出去 。本文对沿空掘巷 围岩控制技术探讨所谈及到 的技术，希望可 以为巷道维护提供有效 的帮助 ，最终实现经济高效 的作用 。 参考文献 [ 1 ] 刘增辉 ， 高谦 ， 华心祝 ， 吴玉华， 付 昆岚， 刘瑜． 沿空掘巷 围岩控 制的时 效 特征 田． 采矿 与安全 工程 学报， 2 0 0 9 1 1 ． [ 2 ] 彭林 军．特厚 煤层 沿空掘巷 围岩 变形失稳机理及 其控制 对策 卟 中 国矿业大学 北京， 2 0 1 2 0 9 ． [ 3 】 赵庆涛 三 软 煤层 沿空掘巷 围岩控 制技术研 究卟 河南理工共 大 学， 2 o 1 1 o 6 ． [ 4 ] 刘淑． 孤岛工作面沿空掘巷矿压特征及围岩控制技术研卟安徽理 工大学， 2 O L O 1 2 ． [ 5 】 徐伯 军， 王琳 ， 陈树 涛． 厚层泥岩顶板沿 空掘巷 围岩控制技术研究[ 7 】 煤炭 工程， 2 o o 9 o 5 ． 2 0 1 5 ．0 2 l 2 8 5