深部煤层冲击矿压防治技术的探讨

强岱民

(河南永锦能源有限公司)

深部煤层冲击矿压防治技术的探讨

强岱民①

(河南永锦能源有限公司)

介绍了煤矿开采过程中冲击矿压的预测预报及防治技术,其治理过程是先确定冲击危险指数,再采用电磁辐射仪和钻屑法进行预测预报,对危险区段立即采用卸压爆破技术进行防治,最后用电磁辐射仪来检验爆破效果。

冲击矿压;预测预报;防治

冲击矿压是聚集在矿井巷道和采场周围岩体中的能量突然释放,在井巷发生爆炸性事故,产生的动力将煤岩抛向巷道,同时发出剧烈声响,造成煤岩体震动和煤岩体破坏,支架与设备的损坏,人员伤害,部分巷道跨落破坏等。它还会引起瓦斯爆炸、火灾及水灾,严重时造成地面的震动和建筑物破坏等,是煤矿重大的灾害之一,通常情况具有突发性、瞬时震动性、巨大破坏性和复杂性的特点。随着煤矿开采深度的不断增加,我国深部煤层的冲击矿压现象越来越明显,危害越来越大。因此,研究深部煤层冲击矿压防治技术对提高煤矿的安全生产是十分必要的。

1 开采深度对冲击矿压的影响

随着开采深度的增加,煤层中的自重压力也随着增加,煤岩体中聚集的弹性能也随着增加,致使支撑压力增大并传播叠加在煤层上,使冲击危险的范围扩大。因此,在一定的开采技术条件下,具有冲击倾向的煤层都存在一个冲击矿压的临界深度。

统计分析表明,开采深度越大,冲击矿压发生的可能性也越大。相关资料表明,深度H≤350 m时冲击矿压不会发生;深度350

2 电磁辐射冲击危险预警指标的确定

煤岩体产生电磁辐射源于煤岩体的非匀质性,是由于在压力作用下煤岩体中产生非匀质变形而引起的。在煤岩材料变形阶段,由于颗粒之间的力学变形特性不同,必然发生颗粒之间的滑移,其结果是在滑移面发生强烈的激发,甚至在滑移面尖端形成了带电粒子发射。这种强烈的激发对外产生电磁辐射。电磁辐射信息综合反映了冲击矿压等煤岩动力灾害的主要影响因素。通常情况下,可以按照以下两种方法来确定电磁发射冲击危险预警指标。

1)实验法确定。对于经常发生冲击矿压的矿井,可以选取具有代表性的煤岩体若干,并做成符合实验标准的试件,对煤样在自然条件下加载,分别采用一次压坏、循环加载与分级加载,进行冲击倾向性测定。最后,可以确定出所有煤样的平均参数,如单轴抗压强度、弹性能指数、冲击能指数,进而确定电磁辐射平均值与脉冲数。

2)实测法确定。煤岩体所受力与电子辐射之间存在耦合关系。煤岩体所受的应力越高,电磁辐射的强度越大。利用电磁辐射仪测定的信息可以预测预报冲击矿压。从诱发和发生的冲击矿压前后电磁辐射变化情况看,存在一定规律,即冲击矿压发生前的一段时间,电磁辐射值较高,之后有一段时间相对较低,但这段时间内,其电磁辐射值均达到或超过临界值,之后发生冲击矿压,也就是说,冲击矿压发生前的一段时间,电磁辐射连续增长或先增长,然后下降,之后又呈增长趋势。因此,利用这一规律,通过实测电磁辐射数值变化以及现场实际的冲击危险的对应关系来确定电磁辐射的预警指标。然后,将两种方法进行比较来选取合适的指标。

3 冲击矿压预测预报技术

1)电磁辐射监测预报。电磁辐射监测的原理是:利用电磁辐仪接收采掘生产过程中煤岩体在矿压作用下产生、发射电磁辐射的信号,监测到的电磁辐射强度能反映出煤岩内部应力的变化尺度及破坏程度的特征信息。在所有测定的区域内,按要求布置电磁辐射仪,在该区域内进行监测,若发现电磁辐射幅值超过冲击危险预警指标且脉冲异常,即采用钻屑法验证,在钻屑发现异常时,应及时组织卸压解危。

2)钻屑法检测。当电磁辐射监测到冲击危险性高的地方,在施工卸压钻孔、卸压爆破钻孔、煤层防突钻孔、煤层注水钻孔等时,同时测量孔内的煤粉量,以确定和分析应力的大小和冲击危险的强度。检测孔参数及布置方式:钻孔直径4 250 mm,孔深7～8 m,间距5～6 m,孔距底板112 m,单排布置,钻孔方向平行于煤层垂直巷帮。用胶结袋收集钻出的煤粉每钻进1 m测量一次。如果检测到的煤粉量与正常排粉量之比,即钻屑量指数超过表1中的规定值或出现卡钻、吸钻、异响等动力现象,就可认为煤体处于临界危险状态,必须立即采取解危措施。

表1 判别冲击矿压危险性的钻屑量指数

4 深孔松动爆破的防治技术

1)深孔爆破卸压原理。卸压爆破不仅可以在有冲击危险的工作面卸压,同时也可以在一定宽度的条带煤壁内破坏煤的结构,在工作面前方形成一条卸压保护带,使工作面不能积聚大量弹性能,隔绝工作空间与处于煤层深处的高应力区,达到防治冲击矿压的目的。在一定的振动频率和应力作用范围内,煤岩体内部结构可能发生变化。煤岩体在受振后的应力应变曲线变的较平缓。深孔松动爆破卸压措施可以在煤体中产生大量裂隙,使煤体的力学性质发生了变化,导致煤岩体的强度降低,弹性模量减小,使煤岩内积聚的弹性能减少,从而破坏冲击矿压发生的强度条件和能量条件。由于煤体内裂隙的长度和密度增加,按照失稳理论还具有致稳作用和止裂作用,可以有效防止冲击矿压的发生。

2)深孔松动爆破卸压实施方案。深孔松动爆破卸压分为振动爆破卸压和顶板爆破卸压。采用顶板爆破卸压可以将砌体梁破断,从而破坏坚硬老顶的整体性,减小老顶大面积悬露对煤柱和工作面前方煤壁的压力,使坚硬老顶断裂时的能量提前释放出来,从而减小冲击矿压发生的可能性。在进行爆破前,需要对爆破参数,主要包括钻孔深度、炮眼间距、炮眼角度等进行设计。实施卸压爆破,钻孔深度应达到支承压力峰值区,装药位置越靠近峰值区,炸药威力越大,爆破效果越好。深孔卸压爆破不装药部分需填满黏土炮泥,其深度不仅要保证爆破不破坏煤帮,同时使靠近巷帮的煤体免受支承压力作用。通过现场实例和打钻结果分析,支承压力的峰值在煤壁内3～4 m处时,钻孔深度在6 m以上,可以使支承压力峰值向煤体内转移3 m左右。因此,卸压爆破地段炮眼深度确定为7 m,装药和不装药深度均为3.5 m。另外炮眼间距一般为3 m左右。

3)利用电磁辐射仪监测深孔松动爆破卸压效果。采用松动爆破卸压措施前,电磁辐射强度值和脉冲数都较高,电磁辐射强度值普遍在冲击危险预警指标以上,脉冲数也较高,部分超过了报警临界值,脉冲数变化也比较大;采取爆破卸压措施后,若电磁辐射强度值和脉冲数都明显降低,则说明深孔松动爆破卸压措施效果较好。

5 结 语

1)深部煤层开采是解决我国煤炭需求的必经之路,我国已有很多煤矿进入了深部开采,如果仍采用浅部条件下的理论去分析深部开采的问题是远远不够的,因此,应进行深部煤层理论的研究来解决诸如冲击矿压的问题。

2)电磁辐射监测、煤粉钻屑法检测能够比较准确地预报冲击矿压的前兆现象,冲击矿压的防治是建立于动态基础之上的防治。采区内应划分冲击危险区域,对于特别危险区域要重点预测预报。要建立采区冲击矿压危险级别测定、编制防治措施计划及规程、预测预报、数据分析、效果检测、防治工作总结、调整改进防治措施等冲击矿压的防治体系。

3)爆破卸压方案是有效可靠的解危手段。只要爆破威力达到相应要求就能够控制冲击矿压的发生。只要在危险区域调整爆破药量和炮眼密度就能够有效地将煤层内积聚的弹性能释放出来,大大减少工作面冲击矿压的发生且能采用电磁辐射仪监测深孔松动爆破卸压效果。

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Discussion on Prevention and Control Technology of Rock Burst in Deep Coal Seam

Qiang Dai-min

The paper systematically introduces the forecast and control technology of rock burst in coal mining.The process is to determine the risk index and then the use of electromagnetic radiationmeter and method of drilling bits carries out forecast.Based on the forecast of rock burst,the working men can adopt pressure release blasting technology in the dangerous section quickly,the effect can be tested by electromagnetic radiation meter at last.

Rock Burst;Forecast;Control

book=6,ebook=207

TD324

A

1672-0652(2010)06-0038-03

2010-04-22

强岱民 男 1966年出生 1988年毕业于河南理工大学 工程师 禹州 461670