掘进工作面强矿压显现分析及解决措施
2014-07-24方云龙
摘要：本文针对潞新一矿5243下顺槽掘进工作面矿压显现剧烈，出现的炸顶等强矿压显现，结合地质力学测试，分析了掘进工作面强矿压显现出现的原因是地质因素引起的应力分布异常及应力差较大，并针对性的提出了卸压、喷浆及超前锚索等解决措施。
关键词：掘进工作面 强矿压显现 应力分布异常 卸压
地质条件和支护方式是影响巷道掘进速度的重要因素，地质条件的影响常常使得巷道掘切速度慢、需采用多重支护等，巷道掘进的进度大大降低。
潞新矿区一矿5243下顺槽掘进工作面开口后，在掘进过程中由于矿压显现剧烈，在掘进迎头11点方向，多次发生局部冒漏，无法采用锚网梁支护及快速掘进，只能采用以U钢为主的联合支护，既增加了成本，又无法保证正常的采掘接续。
1 强矿压显现的原因分析
①巷道轴线方向与最大水平主应力的夹角较大
根据地应力测量结果，一矿两测点最大水平主应力方向分别为N8.2°W和N19.8°W，方向的一致性相对较好，近似N-S方向，与一矿的顺槽巷道的布置方向的夹角达到80°左右，接近垂直。
②主应力差较大
最大水平主应力与垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力之间的差值较大。较大的主应力差会产生较大的剪切应力，当其超过煤岩体剪切强度时，煤岩体易发生破坏现象，特别是巷道肩角和底角位置更容易发生剪切破坏和变形。根据测试结果，潞新一矿两个测点最大水平应力分别为16.22MPa和16.53MPa；最小水平主应力分别为8.64MPa和9.13MPa；垂直主应力分别为8.89MPa和11.34MPa，应力差值较大。
③煤的硬度较大，聚集能量能力强，但煤体抗剪切、拉伸能力差
强度测试表明，除夹矸及破碎位置触点强度值外，煤体强度值大部分集中在10～30MPa之间，平均值为21.08MPa，煤体较硬。现场发现，煤层层理、节理较为发育，局部还有掘进断面竖向、横向节理交错的现象，这些都大大降低了煤体的抗剪及抗拉强度。
④地质构造影响导致的应力集中
地质资料显示，一矿井田边界发育有较大的褶曲构造，开采范围内断层较多，落差不等，局部地段受多个构造交叉影响，应力集中。地质构造大大影响了应力分布，使得掘进工作面附近的应力增大且异常。如图1所示，红色圆圈处为掘进工作面强矿压显现处。
2 解决方案
根据上述分析，提出以下几点措施，缓解强矿压显现现象。
①进行冲击倾向性鉴定，确定危险等级，便于制定专项措施。
进行冲击倾向性鉴定后，根据结果针对性采取措施。如若具有一定的冲击倾向，可采取综合性的防冲措施，进行区域的局部的消冲，使得掘进工作面整体处于卸压带内，大大减缓压力的显现。
②采取一定的卸压措施。在冲击倾向性鉴定结果出来前，或鉴定为无冲击倾向，可以采取卸压钻孔、高压注水等措施，可将部分冲击地压的卸压方法应用于潞新一矿强动力现象，以释放剩余能量或减轻能量的积聚程度。钻孔卸压作为防治冲击地压的积极措施，在德国和前苏联得到了广泛的研究和应用，是德国唯一得到国家监察局批准的防控冲击地压标准措施；该方法在我国的许多冲击地压矿井如抚顺龙凤矿，北京城子矿，大同忻州窑矿应用。由钻孔卸压原理可知钻孔卸压在于使应力集中区的煤岩体破碎，释放一部分应力集中区的弹性能，降低应力集中程度，进而达到消除冲击地压危险的目的。
③及时喷浆。及时喷浆可以给围岩一定的压应力，减小围岩压应力的降低，减小偏应力，控制拉伸、剪切变形的发展。这样可以部分控制顶板煤岩逐层的剥离冒落。
④打设超前锚索。超前施加预应力，一方面与喷浆的作用机理相同，控制拉剪破坏的发展，另一方面主动施加预应力，加固了部分超前煤岩体。超前锚索与支护锚索的参数相同，方位为炸顶方向。
3 主要结论
①原岩应力的特殊分布特征及煤体的高抗压强度、低抗拉剪强度都是造成矿压压力显现异常的原因。
②采区大范围卸压、及时喷浆或打设超前锚索是可以缓解的措施。
参考文献：
[1]钱鸣高，石平五，等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2]毛德兵，陈法兵.采动影响下断层活动规律及其诱发冲击地压的防治[J].煤矿开采杂志，2013.
[3]窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
[4]齐庆新，雷毅，李宏艳，等.深孔断顶爆破防治冲击地压的理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2007，A1（26）：3522-3527.
作者简介：
方云龙（1977-），工程师，潞安新疆煤化工（集团）有限公司生产技术处。endprint
摘要：本文针对潞新一矿5243下顺槽掘进工作面矿压显现剧烈，出现的炸顶等强矿压显现，结合地质力学测试，分析了掘进工作面强矿压显现出现的原因是地质因素引起的应力分布异常及应力差较大，并针对性的提出了卸压、喷浆及超前锚索等解决措施。
关键词：掘进工作面 强矿压显现 应力分布异常 卸压
地质条件和支护方式是影响巷道掘进速度的重要因素，地质条件的影响常常使得巷道掘切速度慢、需采用多重支护等，巷道掘进的进度大大降低。
潞新矿区一矿5243下顺槽掘进工作面开口后，在掘进过程中由于矿压显现剧烈，在掘进迎头11点方向，多次发生局部冒漏，无法采用锚网梁支护及快速掘进，只能采用以U钢为主的联合支护，既增加了成本，又无法保证正常的采掘接续。
1 强矿压显现的原因分析
①巷道轴线方向与最大水平主应力的夹角较大
根据地应力测量结果，一矿两测点最大水平主应力方向分别为N8.2°W和N19.8°W，方向的一致性相对较好，近似N-S方向，与一矿的顺槽巷道的布置方向的夹角达到80°左右，接近垂直。
②主应力差较大
最大水平主应力与垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力之间的差值较大。较大的主应力差会产生较大的剪切应力，当其超过煤岩体剪切强度时，煤岩体易发生破坏现象，特别是巷道肩角和底角位置更容易发生剪切破坏和变形。根据测试结果，潞新一矿两个测点最大水平应力分别为16.22MPa和16.53MPa；最小水平主应力分别为8.64MPa和9.13MPa；垂直主应力分别为8.89MPa和11.34MPa，应力差值较大。
③煤的硬度较大，聚集能量能力强，但煤体抗剪切、拉伸能力差
强度测试表明，除夹矸及破碎位置触点强度值外，煤体强度值大部分集中在10～30MPa之间，平均值为21.08MPa，煤体较硬。现场发现，煤层层理、节理较为发育，局部还有掘进断面竖向、横向节理交错的现象，这些都大大降低了煤体的抗剪及抗拉强度。
④地质构造影响导致的应力集中
地质资料显示，一矿井田边界发育有较大的褶曲构造，开采范围内断层较多，落差不等，局部地段受多个构造交叉影响，应力集中。地质构造大大影响了应力分布，使得掘进工作面附近的应力增大且异常。如图1所示，红色圆圈处为掘进工作面强矿压显现处。
2 解决方案
根据上述分析，提出以下几点措施，缓解强矿压显现现象。
①进行冲击倾向性鉴定，确定危险等级，便于制定专项措施。
进行冲击倾向性鉴定后，根据结果针对性采取措施。如若具有一定的冲击倾向，可采取综合性的防冲措施，进行区域的局部的消冲，使得掘进工作面整体处于卸压带内，大大减缓压力的显现。
②采取一定的卸压措施。在冲击倾向性鉴定结果出来前，或鉴定为无冲击倾向，可以采取卸压钻孔、高压注水等措施，可将部分冲击地压的卸压方法应用于潞新一矿强动力现象，以释放剩余能量或减轻能量的积聚程度。钻孔卸压作为防治冲击地压的积极措施，在德国和前苏联得到了广泛的研究和应用，是德国唯一得到国家监察局批准的防控冲击地压标准措施；该方法在我国的许多冲击地压矿井如抚顺龙凤矿，北京城子矿，大同忻州窑矿应用。由钻孔卸压原理可知钻孔卸压在于使应力集中区的煤岩体破碎，释放一部分应力集中区的弹性能，降低应力集中程度，进而达到消除冲击地压危险的目的。
③及时喷浆。及时喷浆可以给围岩一定的压应力，减小围岩压应力的降低，减小偏应力，控制拉伸、剪切变形的发展。这样可以部分控制顶板煤岩逐层的剥离冒落。
④打设超前锚索。超前施加预应力，一方面与喷浆的作用机理相同，控制拉剪破坏的发展，另一方面主动施加预应力，加固了部分超前煤岩体。超前锚索与支护锚索的参数相同，方位为炸顶方向。
3 主要结论
①原岩应力的特殊分布特征及煤体的高抗压强度、低抗拉剪强度都是造成矿压压力显现异常的原因。
②采区大范围卸压、及时喷浆或打设超前锚索是可以缓解的措施。
参考文献：
[1]钱鸣高，石平五，等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2]毛德兵，陈法兵.采动影响下断层活动规律及其诱发冲击地压的防治[J].煤矿开采杂志，2013.
[3]窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
[4]齐庆新，雷毅，李宏艳，等.深孔断顶爆破防治冲击地压的理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2007，A1（26）：3522-3527.
作者简介：
方云龙（1977-），工程师，潞安新疆煤化工（集团）有限公司生产技术处。endprint
摘要：本文针对潞新一矿5243下顺槽掘进工作面矿压显现剧烈，出现的炸顶等强矿压显现，结合地质力学测试，分析了掘进工作面强矿压显现出现的原因是地质因素引起的应力分布异常及应力差较大，并针对性的提出了卸压、喷浆及超前锚索等解决措施。
关键词：掘进工作面 强矿压显现 应力分布异常 卸压
地质条件和支护方式是影响巷道掘进速度的重要因素，地质条件的影响常常使得巷道掘切速度慢、需采用多重支护等，巷道掘进的进度大大降低。
潞新矿区一矿5243下顺槽掘进工作面开口后，在掘进过程中由于矿压显现剧烈，在掘进迎头11点方向，多次发生局部冒漏，无法采用锚网梁支护及快速掘进，只能采用以U钢为主的联合支护，既增加了成本，又无法保证正常的采掘接续。
1 强矿压显现的原因分析
①巷道轴线方向与最大水平主应力的夹角较大
根据地应力测量结果，一矿两测点最大水平主应力方向分别为N8.2°W和N19.8°W，方向的一致性相对较好，近似N-S方向，与一矿的顺槽巷道的布置方向的夹角达到80°左右，接近垂直。
②主应力差较大
最大水平主应力与垂直应力、最大水平主应力与最小水平主应力之间的差值较大。较大的主应力差会产生较大的剪切应力，当其超过煤岩体剪切强度时，煤岩体易发生破坏现象，特别是巷道肩角和底角位置更容易发生剪切破坏和变形。根据测试结果，潞新一矿两个测点最大水平应力分别为16.22MPa和16.53MPa；最小水平主应力分别为8.64MPa和9.13MPa；垂直主应力分别为8.89MPa和11.34MPa，应力差值较大。
③煤的硬度较大，聚集能量能力强，但煤体抗剪切、拉伸能力差
强度测试表明，除夹矸及破碎位置触点强度值外，煤体强度值大部分集中在10～30MPa之间，平均值为21.08MPa，煤体较硬。现场发现，煤层层理、节理较为发育，局部还有掘进断面竖向、横向节理交错的现象，这些都大大降低了煤体的抗剪及抗拉强度。
④地质构造影响导致的应力集中
地质资料显示，一矿井田边界发育有较大的褶曲构造，开采范围内断层较多，落差不等，局部地段受多个构造交叉影响，应力集中。地质构造大大影响了应力分布，使得掘进工作面附近的应力增大且异常。如图1所示，红色圆圈处为掘进工作面强矿压显现处。
2 解决方案
根据上述分析，提出以下几点措施，缓解强矿压显现现象。
①进行冲击倾向性鉴定，确定危险等级，便于制定专项措施。
进行冲击倾向性鉴定后，根据结果针对性采取措施。如若具有一定的冲击倾向，可采取综合性的防冲措施，进行区域的局部的消冲，使得掘进工作面整体处于卸压带内，大大减缓压力的显现。
②采取一定的卸压措施。在冲击倾向性鉴定结果出来前，或鉴定为无冲击倾向，可以采取卸压钻孔、高压注水等措施，可将部分冲击地压的卸压方法应用于潞新一矿强动力现象，以释放剩余能量或减轻能量的积聚程度。钻孔卸压作为防治冲击地压的积极措施，在德国和前苏联得到了广泛的研究和应用，是德国唯一得到国家监察局批准的防控冲击地压标准措施；该方法在我国的许多冲击地压矿井如抚顺龙凤矿，北京城子矿，大同忻州窑矿应用。由钻孔卸压原理可知钻孔卸压在于使应力集中区的煤岩体破碎，释放一部分应力集中区的弹性能，降低应力集中程度，进而达到消除冲击地压危险的目的。
③及时喷浆。及时喷浆可以给围岩一定的压应力，减小围岩压应力的降低，减小偏应力，控制拉伸、剪切变形的发展。这样可以部分控制顶板煤岩逐层的剥离冒落。
④打设超前锚索。超前施加预应力，一方面与喷浆的作用机理相同，控制拉剪破坏的发展，另一方面主动施加预应力，加固了部分超前煤岩体。超前锚索与支护锚索的参数相同，方位为炸顶方向。
3 主要结论
①原岩应力的特殊分布特征及煤体的高抗压强度、低抗拉剪强度都是造成矿压压力显现异常的原因。
②采区大范围卸压、及时喷浆或打设超前锚索是可以缓解的措施。
参考文献：
[1]钱鸣高，石平五，等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.
[2]毛德兵，陈法兵.采动影响下断层活动规律及其诱发冲击地压的防治[J].煤矿开采杂志，2013.
[3]窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.
[4]齐庆新，雷毅，李宏艳，等.深孔断顶爆破防治冲击地压的理论与实践[J].岩石力学与工程学报，2007，A1（26）：3522-3527.
作者简介：
方云龙（1977-），工程师，潞安新疆煤化工（集团）有限公司生产技术处。endprint
