论文部分内容阅读
[摘 要]唐山矿T2051W孤岛工作面，在高应力复杂地质条件下具有冲击矿压危险性。论文在充分研究T2051W工作面地质条件的基础上，确定了工作面可能发生冲击矿压的影响因素，并对工作面危险区域进行了划分，在此基础上，采用钻屑法监测和钻孔应力计与锚杆测力计监测对工作面危险区域进行监测，通过钻孔卸压和卸压爆破措施进行卸压处理，取得了良好的治理效果。
[关键词]孤岛工作面；冲击矿压；危险区域划分；监测；卸压
中图分类号：TD324 1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0048-01
0、前言
开滦矿务局唐山矿始建于1878年，经过近140年的开采，受地质条件、煤层赋存状态、回采技术水平以及采掘接替等因素的影响，矿井采区内工作面之间有时被迫采用跳采接续方式进行回采接替，不可避免的在采区内形成孤岛工作面。随着矿井资源的枯竭，为提高煤炭资源的回收率，延长矿井寿命，迫切需要对有条件的边角煤柱及遗留的孤岛工作面充分回收。
唐山矿自建矿至今，至今共发生81次冲击矿压事故，冲击矿压现象严重。由于孤岛工作面受到临近多个采空区、终采线及残采区边缘形成的支承压力综合影响，煤体内易形成高应力区和弹性能积聚区。大大增加了冲击矿压发生的概率。
唐山矿T2051W工作面属于高应力复杂地质条件下的孤岛工作面，冲击矿压危险性突出。在T2051W工作面掘进过程中，通过研究冲击矿压发生的条件和开采环境，对工作面危险区域进行划分，运用钻屑测定监测和钻孔应力计与锚杆测力计监测进行冲击矿压危险性的监测，为冲击矿压的防治措施的实施确定时机。根据工作面危险区域划分，边监测边解危原则，采取了钻孔卸压和卸压爆破法（放震动炮法）防治措施，实现了两巷安全贯通，取得了良好的效果。
1、工作面地质概况
T2051西工作面位于铁二区11水平，北部为T2051、5058、5056北、5056、5054采空区；南部为T2052、5050、5156、5158，西部为T3150回风巷，东部为IV断层。附近工作面回采过程中，曾发生过多次冲击地压。
该工作面煤层为5煤层，煤层埋深为-502～-560m，平均厚度约为2.4m，工作面煤层走向大体为NE-SW，倾向NW，煤层平均倾角为8°，该区域断层发育，共有5条断层。
2、工作面冲击矿压危险区域划分
2.1 冲击矿压影响因素
T2051W工作面冲击矿压危险区域划分主要考虑以下因素：
1）断层
断层及其附近区域存在应力异常，当巷道掘进或工作面回采距离断层时，易于出现能量积聚和应力集中，存在发生冲击矿压危险性。T2051W工作面预计揭露5条断层，部分断层落差较大，断层影响区域存在冲击矿压危险性。
2）埋深
煤层随着埋深的增大，其地应力将会越来越高。T2051W工作面标高在-502～-560m，已达到发生冲击矿压条件。。
3）采空区侧压
采用小煤柱开采时，工作面受已采工作面的影响，在巷道掘进和工作面推采到采空侧向压力高应力影响区域时易于诱发冲击矿压。
T2051W工作面受北部T2051、5058、5056北、5056、5054采空区；南部T2052、5050、5156、5158采空区，的侧压影响，容易诱发冲击矿压。
4）工作面见方
当工作面逐渐回采到见方时，顶板逐渐产生较大的应力集中和能量积聚，在见方前后顶板将出现大的运动甚至断裂，集中应力和能量将可能突然释放，对工作面造成较大影响，存在诱发冲击矿压的危险。
5）巷道布置形式
将巷道布置在煤层顶板比布置在底板更易于发生冲击矿压，这是由于顶板如果是岩层，顶板坚硬，不易破碎，将应力传递至底板，随着能量的积聚，在采动条件的扰动下，底板能量的突然释放，易于发生冲击矿压。T2051W工作面沿煤層顶板掘进，易于发生冲击矿压。
2.2 冲击矿压危险区域划分
通过工程类比法以及以往的冲击地压治理经验可以得出，在巷道转弯处、两顺槽与周边老采空区留有煤柱处均存在应力集中释放的可能，具体划分如下
溜子道与周围老塘区停采线所留煤柱（即与T2051、5058、5056北、5056、5054）均作为治理的重点范围，其他地点可视现场情况实施解危措施。
风道与T2052、5050（无老洞段）、5156、（无老洞段）、5158均作为防治工作的重点，其他地点可视现场情况实施解危措施。
风、溜两巷巷道转弯及前后20m范围内（图1中A、B、C、D处）作为防治工作的重点。
T2051W工作面危险区域划分见下图1。
3、工作面冲击矿压监测
根据唐山矿T2051W工作面的具体情况，对冲击矿压的监测采用了钻屑法监测和钻孔应力计与锚杆测力计监测两种监测的方法。
3.1 钻屑法监测
钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔（直径42mm），根据钻孔在不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象判断冲击危险的一种方法。
1）测区布置
监测钻孔布置在巷道中部，平行于煤层方向，垂直于煤壁。采用风煤钻或煤电钻施工，钻孔深度7.0m，钻杆直径42mm。钻出的煤粉采用胶结袋收集，每钻进1.0m测量一次，通过容器对煤粉体积进行测量或者通过弹簧秤对煤粉重量进行称量。并详细记录打眼地点、时间、钻屑排出量，以及打眼过程中出现的钻杆跳动、卡钻、劈裂声和微冲击等动力现象。
2）判别标准
根据经验数据，当钻粉量在4m处超出2.5kg、5m处超出3.0kg、6m处超出3.5kg时，7m处超出4.0kg时，即检测指标已经达到危险值，应及时采取放震动炮泄压或者采取打大孔径钻孔进行泄压。
3.2 钻孔应力计与锚杆测力计监测
在掘进期间，通过在巷道内安装钻孔应力计和锚杆应力计，可以监测煤巷内矿压的变化，从而预防冲击矿压的发生。
在T051W工作面采掘时，在溜子道内安装好的10个钻孔应力计和风道内安装的11个钻孔应力计，在锚网支护段安装锚杆测力计，回采期间，施工单位每班对其进行数据观测、记录并建立相关的台账。用来观测回采工作面超前矿压影响范围，指导回采工作。
钻孔应力计和锚杆应力计的数值实时反映着煤体内部压力的变化，当某处压力计示数发生变化时，应加强此处监测的力度；而当其压力迅速、连续发生变化时，即有冲击矿压发生的危险，必须立即采取卸压措施，避免冲击矿压事故的发生。
4、工作面冲击矿压防治措施
根据从安全区域逐步进入危险区域进行解危，边监测边解危，解危后进行效果检验，检验合格后，再进行下一步工作的原则。采用钻孔卸压和卸压爆破为主的防治措施。
4.1 钻孔卸压
钻孔卸压是利用钻孔方法消除或减缓冲击地压危险性的解危措施。此法基于施工钻屑法钻孔时产生的钻孔冲击现象。每一个钻孔周围形成一定的破碎区，当这些破碎区互相接近后，便能使煤层破裂卸其实质是利用高应力条件下，煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险。
4.2 卸压爆破
卸压爆破属于内部爆破，主要作用是使煤层产生大量裂隙。裂隙的存在，导致弹性模量减小，强度降低，积聚的弹性能减少，破坏了冲击地压发生的强度条件和能量条件。
钻孔爆破参数：每隔5m布置一个爆破卸压钻孔；孔径为42.0mm；钻孔深度为8.0～10m；钻孔斜向上3～5°；填药量为900～1200g。若爆破后，如果没有达到爆破卸压效果，可以在原打孔中间位置加密炮眼重新装药放炮卸压。
5、结束语
T2051W工作面在掘进施工中，采取多种矿压监测和冲击地压防治解危措施，成功避免了掘进过程中冲击地压事故的发生。通过对所监测数据进行总结分析，基本掌握了唐山矿巷道应力变化规律，对唐山矿冲击矿压的防治工作具有重要的指导作用，为矿井安全高效开采提供了技术保障。
[关键词]孤岛工作面；冲击矿压；危险区域划分；监测；卸压
中图分类号：TD324 1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0048-01
0、前言
开滦矿务局唐山矿始建于1878年，经过近140年的开采，受地质条件、煤层赋存状态、回采技术水平以及采掘接替等因素的影响，矿井采区内工作面之间有时被迫采用跳采接续方式进行回采接替，不可避免的在采区内形成孤岛工作面。随着矿井资源的枯竭，为提高煤炭资源的回收率，延长矿井寿命，迫切需要对有条件的边角煤柱及遗留的孤岛工作面充分回收。
唐山矿自建矿至今，至今共发生81次冲击矿压事故，冲击矿压现象严重。由于孤岛工作面受到临近多个采空区、终采线及残采区边缘形成的支承压力综合影响，煤体内易形成高应力区和弹性能积聚区。大大增加了冲击矿压发生的概率。
唐山矿T2051W工作面属于高应力复杂地质条件下的孤岛工作面，冲击矿压危险性突出。在T2051W工作面掘进过程中，通过研究冲击矿压发生的条件和开采环境，对工作面危险区域进行划分，运用钻屑测定监测和钻孔应力计与锚杆测力计监测进行冲击矿压危险性的监测，为冲击矿压的防治措施的实施确定时机。根据工作面危险区域划分，边监测边解危原则，采取了钻孔卸压和卸压爆破法（放震动炮法）防治措施，实现了两巷安全贯通，取得了良好的效果。
1、工作面地质概况
T2051西工作面位于铁二区11水平，北部为T2051、5058、5056北、5056、5054采空区；南部为T2052、5050、5156、5158，西部为T3150回风巷，东部为IV断层。附近工作面回采过程中，曾发生过多次冲击地压。
该工作面煤层为5煤层，煤层埋深为-502～-560m，平均厚度约为2.4m，工作面煤层走向大体为NE-SW，倾向NW，煤层平均倾角为8°，该区域断层发育，共有5条断层。
2、工作面冲击矿压危险区域划分
2.1 冲击矿压影响因素
T2051W工作面冲击矿压危险区域划分主要考虑以下因素：
1）断层
断层及其附近区域存在应力异常，当巷道掘进或工作面回采距离断层时，易于出现能量积聚和应力集中，存在发生冲击矿压危险性。T2051W工作面预计揭露5条断层，部分断层落差较大，断层影响区域存在冲击矿压危险性。
2）埋深
煤层随着埋深的增大，其地应力将会越来越高。T2051W工作面标高在-502～-560m，已达到发生冲击矿压条件。。
3）采空区侧压
采用小煤柱开采时，工作面受已采工作面的影响，在巷道掘进和工作面推采到采空侧向压力高应力影响区域时易于诱发冲击矿压。
T2051W工作面受北部T2051、5058、5056北、5056、5054采空区；南部T2052、5050、5156、5158采空区，的侧压影响，容易诱发冲击矿压。
4）工作面见方
当工作面逐渐回采到见方时，顶板逐渐产生较大的应力集中和能量积聚，在见方前后顶板将出现大的运动甚至断裂，集中应力和能量将可能突然释放，对工作面造成较大影响，存在诱发冲击矿压的危险。
5）巷道布置形式
将巷道布置在煤层顶板比布置在底板更易于发生冲击矿压，这是由于顶板如果是岩层，顶板坚硬，不易破碎，将应力传递至底板，随着能量的积聚，在采动条件的扰动下，底板能量的突然释放，易于发生冲击矿压。T2051W工作面沿煤層顶板掘进，易于发生冲击矿压。
2.2 冲击矿压危险区域划分
通过工程类比法以及以往的冲击地压治理经验可以得出，在巷道转弯处、两顺槽与周边老采空区留有煤柱处均存在应力集中释放的可能，具体划分如下
溜子道与周围老塘区停采线所留煤柱（即与T2051、5058、5056北、5056、5054）均作为治理的重点范围，其他地点可视现场情况实施解危措施。
风道与T2052、5050（无老洞段）、5156、（无老洞段）、5158均作为防治工作的重点，其他地点可视现场情况实施解危措施。
风、溜两巷巷道转弯及前后20m范围内（图1中A、B、C、D处）作为防治工作的重点。
T2051W工作面危险区域划分见下图1。
3、工作面冲击矿压监测
根据唐山矿T2051W工作面的具体情况，对冲击矿压的监测采用了钻屑法监测和钻孔应力计与锚杆测力计监测两种监测的方法。
3.1 钻屑法监测
钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔（直径42mm），根据钻孔在不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象判断冲击危险的一种方法。
1）测区布置
监测钻孔布置在巷道中部，平行于煤层方向，垂直于煤壁。采用风煤钻或煤电钻施工，钻孔深度7.0m，钻杆直径42mm。钻出的煤粉采用胶结袋收集，每钻进1.0m测量一次，通过容器对煤粉体积进行测量或者通过弹簧秤对煤粉重量进行称量。并详细记录打眼地点、时间、钻屑排出量，以及打眼过程中出现的钻杆跳动、卡钻、劈裂声和微冲击等动力现象。
2）判别标准
根据经验数据，当钻粉量在4m处超出2.5kg、5m处超出3.0kg、6m处超出3.5kg时，7m处超出4.0kg时，即检测指标已经达到危险值，应及时采取放震动炮泄压或者采取打大孔径钻孔进行泄压。
3.2 钻孔应力计与锚杆测力计监测
在掘进期间，通过在巷道内安装钻孔应力计和锚杆应力计，可以监测煤巷内矿压的变化，从而预防冲击矿压的发生。
在T051W工作面采掘时，在溜子道内安装好的10个钻孔应力计和风道内安装的11个钻孔应力计，在锚网支护段安装锚杆测力计，回采期间，施工单位每班对其进行数据观测、记录并建立相关的台账。用来观测回采工作面超前矿压影响范围，指导回采工作。
钻孔应力计和锚杆应力计的数值实时反映着煤体内部压力的变化，当某处压力计示数发生变化时，应加强此处监测的力度；而当其压力迅速、连续发生变化时，即有冲击矿压发生的危险，必须立即采取卸压措施，避免冲击矿压事故的发生。
4、工作面冲击矿压防治措施
根据从安全区域逐步进入危险区域进行解危，边监测边解危，解危后进行效果检验，检验合格后，再进行下一步工作的原则。采用钻孔卸压和卸压爆破为主的防治措施。
4.1 钻孔卸压
钻孔卸压是利用钻孔方法消除或减缓冲击地压危险性的解危措施。此法基于施工钻屑法钻孔时产生的钻孔冲击现象。每一个钻孔周围形成一定的破碎区，当这些破碎区互相接近后，便能使煤层破裂卸其实质是利用高应力条件下，煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险。
4.2 卸压爆破
卸压爆破属于内部爆破，主要作用是使煤层产生大量裂隙。裂隙的存在，导致弹性模量减小，强度降低，积聚的弹性能减少，破坏了冲击地压发生的强度条件和能量条件。
钻孔爆破参数：每隔5m布置一个爆破卸压钻孔；孔径为42.0mm；钻孔深度为8.0～10m；钻孔斜向上3～5°；填药量为900～1200g。若爆破后，如果没有达到爆破卸压效果，可以在原打孔中间位置加密炮眼重新装药放炮卸压。
5、结束语
T2051W工作面在掘进施工中，采取多种矿压监测和冲击地压防治解危措施，成功避免了掘进过程中冲击地压事故的发生。通过对所监测数据进行总结分析，基本掌握了唐山矿巷道应力变化规律，对唐山矿冲击矿压的防治工作具有重要的指导作用，为矿井安全高效开采提供了技术保障。