硫磺沟煤矿强冲击倾向性煤层综掘工作面安全快速掘进技术

朱国强

[摘 要]硫磺沟煤矿9-15煤层平均厚为30.9m，且具有强冲击倾向性，目前掘进工作面在9-15煤层中掘进时已出现冲击地压顯现和锚杆索破断等动力现象，预计9-15煤层工作面开采过程中也将面临较大冲击危险。威胁矿井安全生产，大量的卸压工程施工大大压缩了掘进施工时间，严重制约了掘进速度，影响矿井接续。

[关键词]冲击地压 安全生产 掘进技术

中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0008-01

引言

防范技术是一种效果最理想的冲击地压治理技术，能够从根本上消除冲击地压威胁。常用的冲击地压区域防范技术有合理开采设计、开采保护层等。由于硫磺沟煤矿9-15煤层上方20m有一层平均厚度为6.15m的4-5煤层，因此具备了解放层开采的地质条件。而硫磺沟煤矿对解放层开采的保护范围、保护效果及分析研究方面掌握很少，特别是缺少深部解放层开采防治冲击地压方面的参考资料，使解放层保护区域煤层开采设计缺少了技术参考依据。因此，为今后硫磺沟煤矿深部倾斜强冲击特厚煤层的安全开采能提供和积累宝贵的技术参数和参考依据，获取较准确的保护层开采卸压基础数据，更合理地设计工作面开采参数，需研究开采解放层后中对9-15煤层的解放效果和范围进行综合分析，保障深部工作面的安全生产，保证硫磺沟煤矿采掘接续正常。

在防冲工程大大压缩有效掘进时间的情况下，如何提高单进水平和防冲工程施工速度研究具有重要意义和研究价值。

一.冲击地压防范技术

（一）工作面顺槽布置参数研究

与其它研究手段对比，数值模拟具有一定的优越性，主要表现在：（1）模拟过程可逆，有助于参数敏感性分析和多方案比较；（2）具有多种驱动模式，有助于建模和程序调试；（3）后处理功能强大，有助于结果提取和关联性分析。随着计算机技术的快速发展，数值模拟逐渐成为采矿与岩土工程研究的重要工具。由于硫磺沟煤矿地质条件较特殊（近距离厚煤层群），类似条件下可供参考的巷道布置资料较少。因此采用FLAC3D数值模拟软件对（9-15）06工作面合理巷道位置选择研究。

1.数值计算模型

根据硫磺沟煤矿地质和开采条件，以27-2钻孔揭露岩层结构为基础，沿煤层倾向方向建立模型，煤岩层平均倾角21°。模型尺寸长×宽×高=571×500×415m，节点有161387，单元格有152550。模型四侧和底部为位移边界，模型顶部至地表间90m岩层重量通过施加2.25MPa均布载荷代替。模型计算采用Mohr-Coulomb准则，岩层的物理力学参数取自矿井地质报告及钻孔资料（图1）。

2.数值模拟计算结果分析

选择（4-5）04工作面采空区对（9-15）06工作面上平巷解放角为54°，下平巷解放角为80°。由此可计算出（9-15）06工作面上平巷偏移距为：L1=η（h1+h2） / tanα =1.1×（20+12）/1.38≈26m，式中，L1为上平巷偏移距，m；η为安全系数，取1.1；h1为岩柱厚度，取20m；h2为（9-15）06工作面开采煤层厚度，取9m；α为上平巷解放角，54°。同理，（9-15）06工作面下平巷偏移距为：L2=η（h1+h2） / tanβ =1.1×（20+12）/5.67≈6m，式中，L2为下平巷偏移距，m；β为下平巷解放角，80°（图2）。

根据数值模拟结果，（4-5）02工作面采空区对9-15煤层上、下端头的解放角为分别54°和80°，上平巷内错偏移距为26m，下平巷内错偏移距为6m。

二.高效掘进技术

根据北京科技大学编制的工作面冲击危险评估报告，在采空区以下巷道冲击危险性较小，但实际掘进中仍有动力现象。根据报告要求，需对迎头、两帮实施大孔径钻孔卸压，底煤进行断底爆破。

前期掘进为掘进4个小班，卸压两个小班，日均掘进时间为16小时。卸压时间较长，卸压量较大，在既能保证安全又能保证掘进进尺的前提下优化了钻孔施工参数，在迎头布置1个大孔径卸压钻孔，长度25m，允许掘进15m，预留10m的保护带，主要为有效监测迎头前方应力集中情况，依次循环进尺，断底卸压钻孔按要求实施。

通过现场实施，现有的履带式气动卸压钻机施工大孔径卸压钻孔时，第20～25m用时达到了整个钻孔用时的2/5。经过多次讨论研究优化钻孔施工工艺，每天掘进进尺约9～10m，优化后钻孔长度20m，由每25m一个卸压循环优化为每天一个卸压循环，每天早班检修时间施工卸压钻孔，同时利用该段时间实施断底爆破卸压，半个班可以完成卸压钻孔施工任务，日均掘进时间达到了20小时。

三.实际应用效果及推广情况

（9-15）06轨道顺槽巷道长度为1100m，2月底开工掘进，6月中旬到位。通过建立数值模拟、计算，科学的布置（9-15）06工作面顺槽，巷道均布置在采空区下方，充分释放了9-15煤层积聚的弹性能，掘进期间动力现象显现不明显，平均月度单进均超过300m，最高月度单进达到了349.8m，创造了我矿千米掘进速度和最高月单进记录。

四.经济效益

硫磺沟煤矿（4-5）04工作面掘进期间最高月度单进水平为240m，（9-15）06轨道顺槽月均进尺为310m，施工周期较矿历史水平缩短1个月。综掘队施工按60人，人均工资1万元（含社保）/月计算，直接节约人工费60万元。同时，优化了卸压参数施工，节约钻孔施工费用及人工费用约50万元。累计节约110万元。

五.结论

此技术改革为我矿9-15煤层安全高效掘进积累了宝贵的经验和技术积累，通过科学的手段合理布置工作面顺槽，降低煤体内积聚的弹性能，大大的保证了掘进期间的安全，月度进尺及千米掘进速度均打破了硫磺沟煤矿的掘进记录。通过提前分析及现场落实，在9-15煤层开采中得到了有效应用，也为硫磺沟煤矿9-15煤层开采提供了有力支持。

参考文献

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