八一煤礦水采孤島煤柱沖擊地壓防治技術(shù)研究.pdf

1、1、研究了礦井沖擊地壓的分類，根據(jù)八一礦的地質(zhì)、開(kāi)采條件、構(gòu)造體系分布及應(yīng)力場(chǎng)活動(dòng)特點(diǎn)，將八一礦3煤層沖擊地壓分煤柱重力型和開(kāi)采邊界型二類。對(duì)沖擊地壓成因和機(jī)理的解釋主要有強(qiáng)度理論、能量理論、沖擊傾向理論和失穩(wěn)理論。
　　2、由于孤島工作面及其周圍巷道附近應(yīng)力集中程度高，頂板運(yùn)動(dòng)劇烈，再加上地質(zhì)構(gòu)造的影響，采深較大時(shí)，很容易引發(fā)沖擊地壓。一般情況下，沖擊地壓的影響因素主要由煤層的開(kāi)采深度、煤巖的沖擊傾向性、頂板的巖性結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度、地

2、質(zhì)構(gòu)造以及應(yīng)力集中升高區(qū)域。八一煤礦3煤的煤體強(qiáng)度較高，f系數(shù)達(dá)到1.7～2.7，煤體含水率低，小于3％，破壞形式為脆性能量釋放型，因而沖擊傾向性較大，引發(fā)沖擊地壓所要求的應(yīng)力越小，就越容易發(fā)生沖擊地壓。而且1046煤柱工作面一側(cè)支承壓力集中系數(shù)達(dá)到3.6左右，但煤柱凸角內(nèi)的兩側(cè)采空支承壓力疊加區(qū)的應(yīng)力集中系數(shù)將達(dá)到4.0～5.0左右。1046煤柱處于斷層上盤，該區(qū)域地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，受局部構(gòu)造應(yīng)力作用。煤巖層的應(yīng)力變化將影響斷層的活動(dòng)

3、，反過(guò)來(lái)斷層的活化又影響煤體應(yīng)力釋放。因此在此煤柱工作面容易發(fā)生沖擊地壓。
　　3、在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行煤體沖擊傾向性試驗(yàn)得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即彈性能量指數(shù)為1.28、沖擊能指數(shù)0.67和動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間11.0s得出：1021、1024工作面的天然焦無(wú)沖擊傾向性。而煤(巖)試塊破壞時(shí)的動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間可作為沖擊傾向性鑒定的輔助指標(biāo)，時(shí)間越短，沖擊傾向性越強(qiáng)烈。根據(jù)1046工作面煤柱沖擊地壓的分析，采用基于頂板巖層結(jié)構(gòu)特征的頂板相變指數(shù)（Wf）預(yù)測(cè)3煤

4、層煤柱沖擊危險(xiǎn)性。1046工作面為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)；1023工作面為中等偏下危險(xiǎn)；1021、1024工作面為中等沖擊危險(xiǎn)；908工作面為弱（無(wú)）沖擊危險(xiǎn)。
　　4、對(duì)1046工作面不同煤柱寬度條件下的應(yīng)力分布與聲發(fā)射特征進(jìn)行數(shù)值模擬得出：當(dāng)煤柱寬度小于20.0m時(shí)，煤柱處于破壞狀態(tài)，沒(méi)有沖擊危險(xiǎn)；當(dāng)煤柱寬度為30～40m時(shí)應(yīng)力集中程度最大，高應(yīng)力區(qū)域?yàn)榫嚯x煤柱邊緣10～25m的范圍；煤柱寬度為30m、38m時(shí)出現(xiàn)兩側(cè)采空支承壓力疊加現(xiàn)象

5、，聲發(fā)射活躍，說(shuō)明沖擊危險(xiǎn)性較大；煤柱寬度超過(guò)50m后，不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力疊加，聲發(fā)射只在煤柱邊緣的高應(yīng)力區(qū)域出現(xiàn)，說(shuō)明沖擊危險(xiǎn)程度降低。
　　5、由于1023工作面埋深較淺，從工作面模擬結(jié)果可知，開(kāi)采過(guò)程中能量釋放程度小，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍為8～10m，支承壓力最大值為15.0Mpa左右，應(yīng)力集中系數(shù)為1.5，開(kāi)采過(guò)程中的煤體釋放能量集中在小范圍內(nèi)，雖然頂板巖層存在厚度較大的堅(jiān)硬砂巖，但由于采深只有400m，直接頂冒落充分，厚度較大的砂巖層

6、的運(yùn)動(dòng)是緩慢的，既沒(méi)有達(dá)到發(fā)生沖擊地壓的臨界深度，也不具備發(fā)生破壞沖擊地壓的應(yīng)力條件。
　　6、1021、1024工作面開(kāi)采天然焦，無(wú)沖擊傾向性，從工作面模擬結(jié)果可知，支承壓力分布范圍較大，內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)范圍較小，約5.0m左右；聲發(fā)射集中在煤壁附近，外應(yīng)力場(chǎng)（距離煤壁5.0m以外）的聲發(fā)射呈現(xiàn)為無(wú)序狀態(tài)，從聲發(fā)射的分布特征看，1021、1024工作面開(kāi)采期間不具備發(fā)生破壞沖擊地壓的應(yīng)力條件。
　　7、沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法及防治措施

7、是綜合防治體系，是沖擊地壓的防范和解危的有效途徑。控制破壞性沖擊地壓發(fā)生的原則：回收孤島煤柱時(shí)，要避免在煤柱的高應(yīng)力集中區(qū)維護(hù)與開(kāi)掘巷道，從而有效地預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生。
　　根據(jù)八一礦1046工作面頂板巖性結(jié)構(gòu)、數(shù)值模擬分析對(duì)該工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的進(jìn)行了劃分。認(rèn)為1046工作面周圍已開(kāi)采的工作面形成的支承壓力是導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)生的力源，支承壓力在煤柱內(nèi)形成的高應(yīng)力范圍是沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。高應(yīng)力區(qū)域?yàn)榫嚯x煤柱邊緣10～25m的范圍，煤柱寬

8、度為30～40m時(shí)應(yīng)力集中程度最大，沖擊危險(xiǎn)性最嚴(yán)重。根據(jù)確定的危險(xiǎn)區(qū)域，制定了合理的巷道布置方案，采取“掘進(jìn)-回采-再掘進(jìn)-再回采”的順序開(kāi)采程序，采取南、北兩個(gè)工作面間隔開(kāi)采方式和巷道掘進(jìn)、后退式開(kāi)采方法；經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)該方案有效可行。
　　由于八一礦1023工作面兩面采空、兩面實(shí)體，屬于半孤島型煤柱的概況和特點(diǎn)，其頂板結(jié)構(gòu)形式不具備積聚發(fā)生破壞性沖擊地壓的彈性能量條件，同時(shí)煤層埋深較淺。因此，1023工作面整體上不會(huì)發(fā)生破

9、壞性沖擊地壓。根據(jù)確定的危險(xiǎn)區(qū)域，制定了合理的巷道布置方案和對(duì)煤粉鉆孔監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法，并提出適合1023工作面沖擊地壓防治的鉆孔爆破卸壓綜合防治措施，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)該方案有效可行。
　　根據(jù)八一礦1021、1024和908工作面概況和特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)1021、1024煤柱現(xiàn)場(chǎng)工作面天然焦取樣的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行破壞過(guò)程試驗(yàn)表明：沒(méi)有沖擊傾向性；由于1024煤柱為不規(guī)矩型，從而在1024提出小工作面進(jìn)行回采布置方式的開(kāi)采方案。而1021煤柱比

10、較規(guī)矩，從而在1021提出對(duì)拉工作面進(jìn)行回采布置方式的開(kāi)采方案布置。
　　通過(guò)對(duì)908煤柱工作面頂板結(jié)構(gòu)分析，Wf僅為7.42，屬于弱（無(wú)）沖擊危險(xiǎn)。工作面回采率按80%考慮，則直接頂冒落能使開(kāi)采空間全部填充。因此，908工作面的頂板結(jié)構(gòu)不具備積聚彈性能量的條件。通過(guò)對(duì)煤柱的破壞過(guò)程中煤柱開(kāi)采的能量釋放進(jìn)行數(shù)值模擬分析得出：不具備發(fā)生沖擊地壓的能量條件。因此908工作面不具有沖擊危險(xiǎn)性。從而在908工作面提出沿東邊界布置運(yùn)輸巷道，