易自燃特厚煤層綜放工作面末采沖擊地壓防治技術(shù)

1責(zé)任意識(shí)型工作面21150綜合采面位于常村煤礦21號(hào)選材下的山東翼，西側(cè)為21號(hào)采礦區(qū)的三個(gè)露天采礦柱，東側(cè)為阜城西北的斷層煤柱。工作面上為21132銷(xiāo)，下部為未開(kāi)墾的21170銷(xiāo)。工作面可采長(zhǎng)度為983m,切眼長(zhǎng)度180m,平均煤厚10.5m。工作面最大采深707m。2地壓產(chǎn)生的原因分析2.1開(kāi)采深度影響地壓發(fā)生的次數(shù)及沖擊危險(xiǎn)性事件的比較研究表明,開(kāi)采深度大于500m時(shí),隨著開(kāi)采深度增大,沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)及沖擊危險(xiǎn)性急劇增大[1~2]。21150綜放面采達(dá)700多m,處于沖擊地壓急劇增加階段。2.2沖擊地壓的發(fā)生綜合分析我國(guó)大量沖擊地壓礦井煤巖層發(fā)現(xiàn),堅(jiān)硬厚頂板中由于積聚大量的彈性能,在煤巖體發(fā)生破壞過(guò)程中,多余的能量以突然、急劇、猛烈的形式釋放,這是發(fā)生沖擊地壓的主要原因。21150綜放面所在21區(qū)深部上覆巖層平均厚度達(dá)500多m,工作面周期來(lái)壓及工作面放煤時(shí)[3~5],引起頂板巨厚礫巖層產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),大量的彈性能突然釋放會(huì)造成沖擊地壓發(fā)生。2.3巷道局部應(yīng)力集中采動(dòng)土性21區(qū)采掘活動(dòng)相對(duì)集中,開(kāi)采強(qiáng)度大,且21150工作面回采至末期巷道變形嚴(yán)重,巷道擴(kuò)修頻繁,造成巷道局部應(yīng)力集中,受回采擾動(dòng)極易誘發(fā)沖擊地壓發(fā)生。3影響地壓監(jiān)測(cè)和報(bào)警技術(shù)3.1沖擊危險(xiǎn)預(yù)警通過(guò)SOS微震監(jiān)測(cè)記錄震動(dòng)事件次數(shù)和釋放的能量,明確工作面區(qū)域微震事件分布情況,可以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)沖擊地壓發(fā)生的區(qū)域和趨勢(shì),及時(shí)為沖擊地壓的發(fā)生進(jìn)行預(yù)警[6~8]。21150工作面從4月16日開(kāi)始震動(dòng)事件減少,總能量減少,大能量事件增多,顯示工作面超前120~130m范圍煤體內(nèi)積聚大量彈性能急需釋放,根據(jù)分析結(jié)論于4月18日4點(diǎn)班開(kāi)始對(duì)21150工作面發(fā)出沖擊危險(xiǎn)預(yù)警并采取封閉管理。當(dāng)天18:45分發(fā)生一次大能量沖擊事件,能量達(dá)3.65E+04J,現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)起大量煤塵,底板底鼓約0.3m,沒(méi)有造成人員傷亡。3.2建立沖擊地高應(yīng)力區(qū)域和危險(xiǎn)程度監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制使用KJ-550監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)21150綜放面煤體應(yīng)力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),找出高應(yīng)力區(qū)域及其變化趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。通過(guò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)工作面前方采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的變化,確定21150綜放面末采期間高應(yīng)力區(qū)域?yàn)槌?0~150m范圍及停采線以外65m區(qū)域。3.3力監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)自21150綜放面安裝KJ-653頂板壓力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)支架工作阻力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。統(tǒng)計(jì)分析2013年~2014年4月間21150綜放面發(fā)生的18次沖擊地壓事件得出,受周期來(lái)壓及采動(dòng)應(yīng)力集中疊加影響,21150綜放面在周期來(lái)壓前后,在短時(shí)間內(nèi)容易發(fā)生沖擊地壓事件。4地壓沖擊下回采時(shí)的地壓防治對(duì)策為確保21150綜放面末采期間安全回采,防止沖擊地壓發(fā)生對(duì)施工人員造成傷害,回采時(shí)要嚴(yán)格實(shí)施“六位一體”綜合防治沖擊地壓措施,從而實(shí)現(xiàn)“削弱沖擊條件、有計(jì)劃誘發(fā)沖擊和沖擊不傷人”的沖擊地壓防治目標(biāo)。4.1煤壁側(cè)鉆孔封孔煤層注水使煤體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使煤體強(qiáng)度及煤體內(nèi)積蓄彈性能下降,沖擊傾向性隨之減弱。如圖1,沿巷道走向靠煤壁側(cè)每20m布置一個(gè)鉆孔,孔長(zhǎng)60m,孔徑75mm,距底板1.5m,沿煤層傾角打設(shè)(上巷鉆孔傾角-11°,下巷鉆孔傾角+11°),采用封孔器封孔。注水系統(tǒng)采用靜壓注水,直至巷幫濕潤(rùn)。4.2預(yù)卸壓作用在高應(yīng)力集中區(qū)域?qū)嵤┐笾睆姐@孔,使鉆孔周?chē)后w破壞區(qū)增大,起到預(yù)卸壓作用。如圖2,自工作面開(kāi)始向外至21區(qū)延深煤柱仰斜工作面東采空區(qū)邊緣范圍內(nèi),施工大直徑卸壓鉆孔,鉆孔布置在下巷上下幫,孔深20m,孔間距0.7m,孔徑120mm。4.3高應(yīng)力轉(zhuǎn)移煤體深部卸壓爆破的主要作用是破壞煤體強(qiáng)度、釋放煤體內(nèi)積聚的彈性能、降低煤體沖擊傾向性,使高應(yīng)力向煤體深部轉(zhuǎn)移。21150綜放面末采期間對(duì)監(jiān)測(cè)異常區(qū)域施工巷幫卸壓炮,如圖3,炮孔垂直煤壁單排布置,鉆孔角度順煤層傾角(角度為+11°)打設(shè),距底板1.5m,炮孔間距均為10m,孔深25m,孔徑75mm;4.4巷道周邊防沖設(shè)施(1)個(gè)體防護(hù)。施工人員穿戴好防沖背心、防沖頭盔等個(gè)體防護(hù)用品;嚴(yán)禁多人扎堆休息,不得在巷道高度不夠處、支護(hù)薄弱點(diǎn)及設(shè)備或物料附近處逗留。(2)物料捆綁及防護(hù)網(wǎng)掛設(shè)。巷道內(nèi)各類(lèi)物料、設(shè)備要靠幫碼放整齊,物料和設(shè)備必須固定在兩幫支護(hù)可靠的棚腿處。巷道內(nèi)及外部系統(tǒng)拱形支架卡纜必須掛設(shè)防護(hù)網(wǎng),防止沖擊地壓發(fā)生時(shí)卡纜螺栓彈出造成傷害。(3)人員限制及封閉式管理。嚴(yán)格控制沖擊危險(xiǎn)區(qū)域施工人員數(shù)量,并在上下巷巷口懸掛防沖警示標(biāo)志牌。生產(chǎn)期間對(duì)工作面實(shí)行封閉式管理,嚴(yán)禁人員進(jìn)入,避免沖擊地壓發(fā)生時(shí)造成人員傷亡。5解決沖擊地壓影響因素應(yīng)力集中、受采動(dòng)影響是常村煤礦21150綜放面回采末期沖擊地壓頻發(fā)的直接原因。采深過(guò)大、上覆礫巖層厚度較大、開(kāi)采強(qiáng)度較大及巷道擴(kuò)修也是造成沖擊地壓的主要因素。通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警、采取有針對(duì)性解危措施、加