安泰煤礦高應力區沖擊地壓與瓦斯防治技術

常剛政

(1.太原理工大學礦業工程學院 ;2.太原煤氣化公司)

近年來，隨著安泰煤礦開采深度的增加，煤層埋藏深度進入了沖擊地壓多發區域，頂底板均為硬砂巖層，容易積聚能量，使煤體產生應力集中。多層開采產生的采動影響較為強烈，增強了沖擊危險性，特別開采到西二采區后，沖擊災害頻發，嚴重影響安全生產。

1 沖擊地壓發生原因分析

①統計顯示，沖擊地壓在我國顯現頻率最高的采深為600 m，該礦西二采區采深恰在600 m左右;②頂板較堅硬，容易懸頂，造成應力集中，彈性勢能聚集形成沖擊;③煤巖構造復雜，水平應力大，是沖擊地壓的先天條件;④留設煤柱過寬，雖然對頂板支撐較好，但同時本身聚集能量，為沖擊地壓的誘因。

2 沖擊煤巖體能量釋放原理

從發生機理方面，沖擊地壓可以解釋為，在地質構造和開采方法的影響下，煤巖受到高應力作用發生形變，能量突然釋放［1-2］。雙鴨山礦區沖擊地壓現象表現出煤巖大量拋出、生產設備損壞等現象。依據綜合考量近遠載荷，動力源自頂板或者高位巖層，每次沖擊均為兩幫損壞，沖擊過程中斷裂頂板動載荷起到了關鍵作用［3-4］。此外，僅僅是高應力區發生沖擊，超前應力對區段煤柱產生作用，沖擊地壓發生在震源自由面附近，此處為最強的動載作用［5-6］。在動靜加載下，礦井沖擊地壓機理模型如圖1所示。

3 西二采區沖擊地壓及瓦斯防治方法

3.1 沖擊地壓防治

3.1.1 大直徑煤體鉆孔卸壓機理

鉆孔圍巖受力平衡被打破，煤體承載強度降低，孔周應力集中超過了圍巖受力極限，孔壁發生塑性形變區域加大［7-8］。大直徑孔空間大，變形量大，孔壁形成破裂區、塑性區、彈性區，如圖2所示。

圖1 礦井沖擊煤巖體能量釋放原理

圖2 大直徑煤體鉆孔卸壓機理

3.1.2 大直徑煤體鉆孔布置

在一定的構造和地應力環境下，大直徑鉆孔是提高卸壓效果的有效手段。

3.1.2.1 煤層上幫鉆孔卸壓

孔深約15 m，保持1.5 m孔間距，鉆孔和煤層傾角保持同步，沿走向平行布置，孔徑133 mm。煤壁切眼外150 m為起始位置，卸壓孔間隔為1.5 m，最后一孔在B1點前45 m，高度為煤層中部，如圖3所示。

3.1.2.2 煤體下幫鉆孔卸壓

孔深約60 m，保持3.0 m孔間距，鉆孔和煤層傾角保持同步，沿走向平行布置，孔徑133 mm;煤壁切眼往外150 m為起始位置，卸壓孔間距3.0 m，B1之前45 m為終點，如圖4所示。卸壓孔鉆好，采用水泥砂漿封孔，封孔不小于200 mm。

圖3 上幫煤層卸壓鉆孔布置(單位:m)

圖4 下幫煤體卸壓孔布置(單位:m)

3.2 瓦斯治理方法

3.2.1 仰角鉆法

在西二采區回風順槽距離工作面25 m的位置布置鉆場，利用2400型液壓鉆機向冒落拱上方鉆孔。為了使抽放效果更為理想，鉆孔盡量與冒落拱相切，以抽放到上部卸載層及采空區的瓦斯，如圖5所示。鉆孔施工完畢，安裝瓦斯抽放管路，經瓦檢員測得，單個鉆孔濃度可以達到2.5～4 m3/min，有效降低了采空區、采區瓦斯涌出率。

3.2.2 本煤層深孔爆破抽放法

圖5 向冒落拱上方打鉆抽采采空區瓦斯

在西二采區回采工作面的運輸巷和回風巷布置鉆孔。要求鉆孔方向平行于工作面，爆破鉆孔間距為10 m，2個爆破孔中間施工一個控制孔，孔深均為50 m。爆破孔裝藥長度為35 m，封孔距離為15 m;控制孔不裝藥，為煤體裂隙發育提供自由面。炸藥用導爆索引爆，使煤體松動產生裂隙，提高了煤層透氣性和瓦斯滲透率，同時釋放煤體承受的集中應力，有效預防了沖擊地壓的發生。

4 結論

通過研究，得出區段煤柱和堅硬頂板應力集中是導致沖擊地壓發生的主要原因，根據現場實際情況，確定了煤層鉆孔卸壓的施工方案。通過使用大孔徑煤體鉆孔卸壓技術，仰角鉆和煤層深孔爆破抽放法，使西二采區沖擊地壓及瓦斯突出災害得到了有效治理，確保了煤礦的安全生產。

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