開灤趙各莊礦在3137東一面

防治動力現(xiàn)象的措施2011年10月探討的主要問題1.前言2.開灤趙各莊礦動力現(xiàn)象分析3.工作面概況及位置4.采掘方法及工作面布置5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法6.動力現(xiàn)象顯現(xiàn)預(yù)兆7.動力現(xiàn)象防治措施8.缺陷卸壓爆破的作用9.主要結(jié)論1.前言沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦中最嚴重的自然災(zāi)害之一。我國大多數(shù)礦山的煤層與巖層都具有不同程度的沖擊傾向性，在一定的臨界深度下煤巖突出極為嚴重，特別是隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，已成為制約礦山生產(chǎn)和安全的主要重大災(zāi)害性事故之一。在沖擊地壓的防治方面，由于對開采后上覆巖層運動變化規(guī)律及采場圍巖的應(yīng)力場的時空分布規(guī)律不清，開拓與回采的決策理論不完善，目前在沖擊地壓煤層的采掘設(shè)計基本上依靠統(tǒng)計經(jīng)驗來決策，因而經(jīng)常出現(xiàn)在高應(yīng)力區(qū)內(nèi)進行采掘工作，采掘作業(yè)的時間關(guān)系不合理，為沖擊地壓的發(fā)生提供了力源條件。我國煤礦沖擊地壓的煤層開采設(shè)計和監(jiān)控仍然停留在對開采覆巖運動和應(yīng)力場分布發(fā)展規(guī)律不清的發(fā)展階段。這是當(dāng)前煤礦沖擊地壓事故頻繁，特別是重大災(zāi)害事故沒有從根本上得到控制。

2.開灤趙各莊礦動力現(xiàn)象分析趙各莊礦采深已達1257m，為典型的深部開采礦區(qū)。深井重力應(yīng)力場，在重力應(yīng)力場約束下保存的構(gòu)造應(yīng)力場以及采動造成的集中應(yīng)力已使煤（巖）體產(chǎn)生“強烈”的破壞，在構(gòu)造區(qū)域內(nèi)時常發(fā)生動力現(xiàn)象?？梢妱恿ΜF(xiàn)象問題是趙各莊礦深部開采存在的重大技術(shù)性難題。為保障3137東一面安全施工，通過系統(tǒng)、全面研究、觀測、分析和采取措施。進一步發(fā)展和完善了對動力現(xiàn)象綜合預(yù)測與防治技術(shù)的創(chuàng)新。3137東一面位于13水平井口向斜軸附近，因受礦井寬緩向斜影響，煤層走向變化大，100°～180°之間。煤層傾角在9°～32°之間，平均傾角20°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度在9.7～13.4m之間，平均11.2m。該工作面12水平以上開采完畢，2337東面尚未開采；下至3139東二面以下尚無采掘工程；西至13西1石門上山，上山以西為3137西面已經(jīng)開采完畢；東至東Ⅲ斷層煤柱線。3.工作面概況及位置圖13137東一面采掘關(guān)系及位置示意圖4.采掘方法及工作面布置根據(jù)地質(zhì)和煤層賦存條件，為保證安全施工，同時考慮爆破卸壓防止動力現(xiàn)象，巷道掘進采用炮掘，回采采用走向長壁綜合機械化放頂煤采煤工藝，工作面布置見圖2所示。掘進施工順序。回風(fēng)巷---運輸巷---切眼---瓦斯抽放巷---缺陷卸壓巷。圖2工作面布置圖5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法動力現(xiàn)象防治原則預(yù)測為無危險時，采取安全防護措施下進行施工。當(dāng)預(yù)測預(yù)報有危險或施工過程中有危險預(yù)兆時，采取防治動力現(xiàn)象措施，經(jīng)采取措施后，且效果檢驗措施有效，采取安全防護措施進行施工，若效果檢驗無效則繼續(xù)實施防治動力現(xiàn)象措施直至有效。5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法表1開灤趙各莊礦3137東一面參考指標(biāo)表鉆孔深度(m)危險煤粉量(kg/m)危險性備注1-3≥3有危險性如有吸鉆、卡鉆、煤炮等動力現(xiàn)象時，無論預(yù)測結(jié)果如何都按有動力現(xiàn)象危險管理＜3無危險性大于3≥4有危險性＜4無危險性臨界值確定1)鉆屑法極限煤粉量確定①危險區(qū)域?qū)嶋H觀測確定。在煤炮顯現(xiàn)較大、且連續(xù)、集中出現(xiàn)的區(qū)域，進行鉆屑量觀測，一般打8-10個孔，間距3m，然后取平均值作為極限煤粉量，得出對照指標(biāo)進行參考。②用鉆粉率指數(shù)方法確定。正常鉆粉量是在支承壓力影響帶范圍以外測得的煤粉量。測定煤層正常鉆粉量時，鉆孔數(shù)不少于5孔，并取各孔煤粉量的平均值，開灤趙各莊礦12煤層鉆粉率指數(shù)取1.5。5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法2)電磁輻射臨界值的確定①電磁輻射臨界值是電磁輻射識別動力現(xiàn)象前兆的關(guān)鍵參數(shù)，可以采用鉆孔極限煤粉量進行對比確定。在鉆孔煤粉量達到極限值時，進行電磁輻射監(jiān)測，獲得脈沖的幅值與數(shù)量，進行多次監(jiān)測，取其平均數(shù)作為臨界值。其計算公式為：臨界值法預(yù)報：電磁輻射預(yù)報指標(biāo)有幅值平均值、幅值最大值、脈沖數(shù)，首先分別標(biāo)定三個預(yù)報參數(shù)的平均值，取平均值的1.3倍作為預(yù)警臨界值。當(dāng)電磁輻射強度或脈沖數(shù)超過設(shè)定的預(yù)警臨界值時，判定為存在沖擊危險。開灤趙各莊礦3137東一面電磁輻射強度預(yù)警臨界值為100mv，電磁輻射脈沖預(yù)警臨界值為1500。②動態(tài)趨勢法。通過分析相同地點不同時間電磁輻射值的變化趨勢和不同地點相同時間電磁輻射值的變化趨勢進行危險預(yù)報。當(dāng)電磁輻射強度或脈沖數(shù)隨時間呈現(xiàn)增長趨勢時或當(dāng)電磁輻射強度或脈沖數(shù)先期隨時間呈增長趨勢，而后突然降低，之后又呈增長趨勢時判定為存在動力危險。5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法3)鉆孔應(yīng)力計安裝①動力現(xiàn)象是煤層應(yīng)力集中造成的，應(yīng)力的變化可作為沖擊地壓的前兆信息。因此，對煤體應(yīng)力變化進行識別，就可預(yù)測動力危險。應(yīng)力計布置圖②鉆孔應(yīng)力計布置方法。結(jié)合開灤趙各莊礦3137東一面設(shè)計，在巷道掘進期間進行間隔布置，主要在進風(fēng)巷和上山區(qū)域進行安裝。鉆孔深度3~4m，仰角3~5°。鉆孔間距50m，分別安裝主動型與機械式兩類，確保數(shù)據(jù)及時可靠。圖應(yīng)力計安裝示意圖5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法預(yù)測預(yù)報方法采用鉆屑法、KBD5電磁輻射儀和鉆孔應(yīng)力計三種方法。1）鉆屑法監(jiān)測①在掘進施工前方開工前即進行一次預(yù)測，以后每天進行一次，每次布置兩個孔，鉆孔位置距巷幫1m，距巷道底板1.5m，鉆孔垂直煤壁。在掘進巷道兩幫每隔10m各打一個預(yù)測鉆孔，鉆孔垂直巷幫距底板1.5m。鉆孔孔徑42mm，孔深7.0m，收集鉆屑，每鉆進1.0m測量1次鉆屑量。當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)兩桿鉆粉量超標(biāo)時,視為有危險性。②工作面回采期間距工作面煤壁超前60m區(qū)域內(nèi)進行監(jiān)測。在巷道兩幫每隔10m各打一個預(yù)測鉆孔，鉆孔垂直巷幫距底板1.5m。鉆孔孔徑42mm，孔深7.0m，收集鉆屑，每鉆進1.0m測量1次鉆屑量。當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)兩桿鉆粉量超標(biāo)時,視為有危險性。5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法2）電磁輻射監(jiān)測①監(jiān)測范圍：在掘進工作面前方煤壁兩幫各布置一個測點，后方巷道兩幫每10m布置一個測點，檢測掘進巷道的地應(yīng)力變化。回采過程中對工作面及超前工作面煤壁100m范圍內(nèi)布置的測點進行監(jiān)測。②對用電磁輻射法檢測的高動力危險區(qū)域，再用鉆屑法做進一步的檢測，進行對比分析。如果電磁輻射已處于臨界狀態(tài)，采取誘發(fā)爆破措施。在實施誘發(fā)爆破時，對所實施誘發(fā)爆破的區(qū)域或地段進行誘發(fā)爆破前后的電磁輻射檢測，將檢測結(jié)果進行比較，以確定誘發(fā)爆破的效果。5.動力現(xiàn)象防治原則、臨界值確定及預(yù)測預(yù)報方法3）頂板動態(tài)監(jiān)測①巷道掘進期間。使用鉆孔應(yīng)力計進行連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)鉆孔應(yīng)力計出現(xiàn)突變時，采用頂板動態(tài)儀進行頂板動態(tài)監(jiān)測，以確定頂板活動范圍和活動的強烈地點，一般采取在危險區(qū)域進行臨時設(shè)點、快速測速的監(jiān)測方法進行觀測。②工作面推進期間。對超前工作面煤壁60m范圍內(nèi)的巷道進行頂板動態(tài)監(jiān)測，獲得支承壓力的范圍和峰值位置，為其他方法監(jiān)測提供范圍依據(jù)。③收尾期間。工作面接近停采線30m，對超前工作面煤壁的巷道和上山（工作面正對區(qū)域）進行頂板動態(tài)觀測，確定動態(tài)應(yīng)力在超前移動的范圍和速度，特別是上山圍巖的變形突變特性，為確定工作面合理的推進速度提供依據(jù)。6.動力現(xiàn)象顯現(xiàn)預(yù)兆煤層層理紊亂；煤體突然變軟或變硬；打鉆時出現(xiàn)頂鉆、夾鉆情況；巷道煤(巖)壁出現(xiàn)裂縫、裂隙；巷道壓力突然增大，“煤炮”、“板炮”發(fā)生頻繁；“煤炮”、“板炮”較大并伴有強烈震感及煤塵飛揚，支架壓力突然增大、支架突然變形而且變形嚴重、巷道出現(xiàn)底鼓嚴重等現(xiàn)象；瓦斯涌出濃度發(fā)生突變。7.動力現(xiàn)象防治措施掘進施工動力現(xiàn)象防治措施掘進施工，監(jiān)測有動力危險時，采取大直徑鉆孔與深孔爆破卸壓措施，并優(yōu)先考慮爆破卸壓措施。①卸壓鉆孔布置。根據(jù)以往經(jīng)驗，參考卸壓半徑理論數(shù)據(jù)，卸壓孔徑采用φ75mm以上，孔間距為鉆孔直徑的10倍，深度不少于10m，在掘進前方保留5m的預(yù)留超前距。在已掘巷道兩幫沿水平方向打卸壓鉆孔，鉆孔距巷道底1～1.5m，鉆孔深度8～10m，鉆孔間距為孔徑的10倍。末個卸壓鉆孔滯后掘進前方距離不超過10m。卸壓鉆孔布置平面示意圖7.動力現(xiàn)象防治措施②誘發(fā)爆破卸壓爆破：進行誘發(fā)爆破降低動力危險或消除威脅。每天在掘進巷道前方布置3個誘發(fā)爆破鉆孔，孔深10m，每眼裝藥量為1500g；后路兩幫每5m分別布置1個爆破鉆孔，距離巷道底板1～1.5m平打，眼深8～10m，每眼裝藥量為1500g。誘發(fā)爆破采用串聯(lián)、正向裝藥、一次起爆。末個幫爆破孔滯后掘進前方距離不超過10m。驗炮時間在爆破后30min以后進行。巷道誘發(fā)爆破鉆孔群布置圖

7.動力現(xiàn)象防治措施回采動力現(xiàn)象防治措施選擇合理的開采方法和巷道布置是有效預(yù)防動力現(xiàn)象最好措施之一。3137東一面屬于半孤島煤柱，工作面局部區(qū)域?qū)儆诟邞?yīng)力的狀態(tài)，采用綜放開采是防治動力現(xiàn)象的最佳方法。①采用綜放開采技術(shù)，老頂?shù)谝淮蝸韷簩ぷ髅鏇_擊大為緩和。實際工作中，針對具體工作面的頂板結(jié)構(gòu)和強度特征，對來壓部位的煤層進行針對性卸壓，通過降低煤層應(yīng)力、制造緩沖帶控制動力現(xiàn)象。3137東一面初次來壓步距預(yù)計在30～40m之間，因此在來壓前對切眼前方30～40m范圍進行深孔爆破卸壓措施。②正常推進動力現(xiàn)象防治根據(jù)工作面的實踐，正常推進時動力現(xiàn)象的重點釋放范圍為工作面前方60m范圍內(nèi)，由于綜放開采的能量釋放空間大、推進速度慢，能量能及時釋放，沒有產(chǎn)生破壞性動力現(xiàn)象。只有在周期來壓時伴隨著小型煤炮出現(xiàn)。只在高應(yīng)力區(qū)域、構(gòu)造區(qū)域進行深孔爆破卸壓。7.動力現(xiàn)象防治措施深孔爆破卸壓參數(shù)：孔徑Ф42mm；孔深7.0m；孔間距5m；孔方位平行工作面方向，仰角3～5°，距離底板1.2～1.5m；裝藥長度1/2或1/3孔深。工作面卸壓鉆孔布置平面示意圖在向斜軸部動力現(xiàn)象防治措施根據(jù)監(jiān)測超前支承壓力大約在工作面前方41m處從原巖應(yīng)力開始增加，隨著工作面的推進增幅只是緩慢增加，由于煤體松軟，支承壓力的作用范圍較大，所以峰值較小，在煤壁前方15m處達到峰值又逐漸減小趨向于原巖應(yīng)力，明顯影響范圍在30m左右。工作面超前支承壓力分布圖7.動力現(xiàn)象防治措施考慮到3137東一面推進是逐步接近軸部區(qū)域的布置方式和支承壓力明顯影響范圍在30m左右，確定合理停采線位置距離上山35m。因此在3137東一面副上山進行大空間缺陷卸壓防治技術(shù)措施。缺陷卸壓巷道布置示意

8.缺陷卸壓爆破的作用卸壓爆破屬于內(nèi)部爆破，主要作用是使煤層產(chǎn)生大量裂隙。爆破后，沖擊波首先破壞煤體，然后爆生氣體進一步使煤體破裂，由于氣壓的作用，形成切向拉應(yīng)力，產(chǎn)生徑向拉破裂。當(dāng)裂隙前端的應(yīng)力強度因子小于斷裂韌性時，裂隙止裂。造成煤層物理力學(xué)性質(zhì)變化的主要因素是徑向裂隙。裂隙的存在，導(dǎo)致彈性模量減小，強度降低，積聚的彈性能減少，破壞了動力現(xiàn)象發(fā)生的強度條件和能量條件。9.主要結(jié)論①通過對3137東一面開采環(huán)境的全面、系統(tǒng)分析，劃分了動力現(xiàn)象危險區(qū)域。②結(jié)合巷道經(jīng)歷的不同位置和危險區(qū)域的空間關(guān)系，全面分析評價了巷道掘進和工作面初采、初壓