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煤矿井下矿压预测预防新技术流量

发布时间:2019-11-20 18:41:14 阅读: 来源:安检门厂家

煤矿井下矿压预测预防新技术

世界上几乎所有国家的煤矿都不同程度地受到冲击矿压的威胁。冲击矿压又称岩爆,是指井巷或者工作面周围的岩体,由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性,是煤矿重大灾害之一。因此,对矿压的预测预防也是煤矿开采安全生产的关键之一。近几年来,兖州矿业(集团)有限责任公司及其下属各矿针对以前在矿压预测预防方面存在的问题进行了认真分析和归纳,并且与有关单位共同开展了科技攻关,积极应用当前已有的矿压预测预防适用新技术,提出解决方案并进行了实施,有效地保障了矿井生产的安全,取得了良好的效果。

1 煤矿冲击矿压的主要预测手段

中国矿业大学对钻屑法、微震法和电磁辐射法这三种现行较为成功的冲击矿压预测方法进行了研究对比。

①钻屑法。兖州矿业(集团)公司济宁三号煤矿采深680~700m的6303工作面辅助顺槽多次发生冲击矿压,特别是在西部六采区的采掘生产过程中先后多次发生了冲击矿压,严重地危及作业人员的生命安全。该矿通过采用钻屑法对6303工作面辅助顺槽的冲击矿压存在危险性成功地进行了检测,初步摸清了该顺槽正常状态下的煤粉量,并且确定了标准煤粉量的临界值,及时根据检测结果采取了解危措施。此法现在已经成为该矿检测与确定冲击危险、判定冲击区域和冲击强度的主要精确依据。钻屑法在冲击矿压预测中发挥了很大的作用,但是应当指出的是,它不能够对目前日益增多的顶底板冲击矿压和刚硬岩层的断层冲击矿压进行预测,对于软弱煤层钻孔煤粉量的应力变化也不明显,而且此法在实施的时候需要打钻,占用的作业时间、空间和工程量很大,需要投入较多的人力和物力,影响与限制了采掘进度。此法的监测结果受到人为因素的影响,测量数据也只能够反映测量时的静态特征,不能够用于在空间和时间上进行冲击矿压危险变化的连续监测观察。由于它的检测效率地,常常作为一种辅助的预测手段。

②微震法。微震监测系统能够对全矿范围进行微震监测,是一种区域性的及时监测手段。它可以自动记录微震活动,实时进行震源定位和微震能量计算。相比于其它传统监测手段,该系统具有远距离、动态、三维和实时监测的特点,还可以根据震源情况确定破裂尺度和性质,为评价全矿范围内的冲击矿压危险提供了依据。

③电磁辐射法。此法不受人工和工作面煤岩体分布不均匀及不稳定的影响,无需打钻,大大节省了工作量,实施时间短,准确率高,对生产影响小,使预测费用大幅度降低,是一种很有前途的煤岩动力灾害预警和煤岩应力状态评定技术方法。

2 条带式首采综放工作面矿压显现规律

兖州矿业(集团)公司济宁二号煤矿对该矿第一个条带式开采综放工作面在回采过程中的支架压力和巷道变形进行了监测,研究分析了工作面的矿压显现规律,为今后的条带开采工作面选择支护参数和顶板管理提供了可靠的依据。

6312工作面两顺槽与六采区胶带输送机巷和辅助运输巷相连构成生产系统。西南侧370m处为四采区采空区,东侧为六采区辅助下山和胶带输送机下山,西侧360m处为6306工作面两顺槽,北侧40m为正在回采中的6307工作面。6312工作面液压支架压力表共安设19条测线来测取液压支架支护质量与顶板动态监测指标;工作面共安设电脑圆图仪测线6条,每条测线安设1台电脑圆图仪。从巷道位移观测点距工作面煤壁由远到近的观测过程中,矿压观测数据表明:超前影响范围不超过10m;巷道累计顶板下沉量最大为16mm,顶板下沉速度最大为2.5mm/d;累计两帮移近量最大为12mm,两帮移近速度最大为2mm/d。

矿压显现规律表明:液压支架后面的采空区位于“三带”中的Ⅰ带,直接顶和基本顶下分层冒落以后堆积在液压支架后面的高度比较大,在采空区的上方形成了平衡拱。冒落的矸石大部分已接实顶板,对上覆岩层起到了一定的支撑作用,造成尚未垮落顶板的活动看见相对减小。基本顶上分层位于较高的岩层位置,距离液压支架比较远,特别是工作面长度只有50m,悬跨度比较小,致使基本顶上分层未有运动。所以,顶板来压时工作面压力不是太大,矿压显现不是太明显,来压强度不大。由于该工作面是俯采,而且推进速度快,所以工作面基本上无片帮的学习。但是,采空区的冒落矸石存在着向前的推力,回采的时候要加强工作面及端头的顶板管理,提高液压支架和单体支柱的初撑力,使得液压支架接实顶板,以阻止冒落矸石向前的推力,保证工作面的安全生产。

3 矿井边缘“刀把”综放工作面矿压显现规律研究

兖州矿业(集团)公司南屯煤矿通过对矿井边缘风氧化带附近“刀把”式综放工作面矿山压力显现的观测和研究,掌握了其矿压显现规律,对于提高回采率和今后矿井边缘风氧化带附近“刀把”式综放工作面的开采具有指导意义。

该工作面采用伪倾斜长壁综采单轮间隔放顶煤一次采全高全部垮落采煤法。在工作面两切眼东部、中部和西部共分6个测区,安装6块电脑圆图压力自记仪,分别监测液压支架前后柱工作阻力;从距切眼60m起,在两巷顶底及两帮每隔20m布置1组测点,采用十字布点法对巷道顶底板下沉、两帮闭合量进行观测。综放工作面两切眼直接顶初次垮落和老顶初次垮落均有所不同:小面直接顶初次垮落从工作面两头开始向中部发展,垮落步距平均28.4m;大面则从工作面东部(即两切眼接合后的工作面大面中部)开始向西部发展,垮落步距平均14.2m。小面老顶初次来压从工作面两头开始向中部发展,垮落步距平均46.9m;大面也从工作面两头开始向中部发展,垮落步距平均39.8m。小面周期来压范围大,大面较小,变化范围在13.2~26.9m左右,为老顶初次来压步距的0.3~0.6。

由于东顺槽受到采空区的影响,采动影响的范围较大,在距离工作面前方47.3m以内;剧烈影响在工作面前方11m以内;两帮最大移近速度为69mm/d,顶底最大移近速度为50mm/d,必须加强两顺槽50m以内的超前支护强度,确保安全生产。初次放顶期间,泵站压力必须达到设计压力30MPa,确保掖压支架有足够的初撑力;加快工作面的推进速度,合理控制采高在2.8m以内,保证采放比;沿着底板割煤,顶煤要及时放干净,见矸即停,保证产量和老空老顶的及时冒落。液压支架的前柱受到的压力大于后柱,容易使得前后柱失衡严重,生产过程中要加强管理,确保4个立柱能够均匀受力,保证支架处于合理的工作状态。

4 工作面侧向支承压力显现规律研究

兖州矿业(集团)公司南屯煤矿通过对93上01工作面矿压观测,初步掌握了深部开采综放工作面矿压显现规律,使今后九采区深部沿空掘巷时预留煤柱尺寸更加科学合理,为解决倾斜煤层仰斜综放开采的综合技术问题提供了依据。

①上顺槽侧向支承压力分布和煤体破坏分布规律分析。随工作面推进,上顺槽两组全部10个不同深度的煤体应力计应力变化非常清晰地反映了由于开采而引起工作面上方应力的分布特点和煤体的破坏情况。总体而言,侧向煤体的塑性破坏深度达到5.56~6.15m,最大不超过7.15m。侧向7.15~8.35m是采动后采空区侧向总体支承压力的高峰位置。这一峰值是由上覆岩层的总体运动所引起的。工作面后方189m处的应力高峰仍然未达到最大值,但此时的总体支承压力集中系数(工作面平均采深538m) 已经达到最大值。

②下顺槽侧向支承压力分布和煤体破坏分布规律分析。与上顺槽的应力分析方法一样,就侧向总体支承压力分布特征而言,6.65m是后方支承压力的峰值。从实测数据而言,最大应力集中系数、应力集中系数比上顺槽明显增大,是上顺槽的1.36倍。

③倾向煤层工作面上下侧煤岩体破坏和应力分布对比。93上01工作面倾角13°~14°条件下侧向煤体的破坏和应力分布有以下基本特征:倾斜放顶煤工作面两侧实体煤内均存在明显塑性破坏区域,而上顺槽煤体破坏区域稍大,两者相差1~2m。同样,采空区上端侧向起始弹性区范围大致相当,上端比下端稍大0.5m。采空区两侧每体支承压力分布基本规律相同,即弹性区内煤体持续增加并最终稳定。采空区两侧总体支承压力作用范围基本相当,采空区两侧煤体应力集中程度有差异;按同样的采空区距离计算,下顺槽侧向支承压力较大。

5 南屯矿薄煤层首采工作面矿压显现研究

兖州矿业(集团)公司南屯煤矿通过对1601小槽煤首采工作面的观测,对其矿压显现规律进行了研究,为薄煤层安全开采和支护设计提供了可靠的技术依据,对于类似地质条件的矿井有很强的借鉴意义和实际推广应用价值。

1601工作面采用自然垮落法管理顶板,最小控顶距支护为“322”支护方式,柱排间距1m;切顶排配SQD-1200型墩柱,柱距3m。实践和矿压观测结果验证适合该矿薄煤层工作面开采条件的。该面基本顶来压规律是:初次来压步距29m,周期来压步距8~11m,平均9.7m。周期来压特点为大周期与小周期间隔显现。基本顶初次来压强烈,来压时伴有明显顶板断裂声响和支柱阻力急增。单体支柱循环总平均84.15kN/棵,初撑力90kN/棵以下占总数56.55%,多数单体支柱初撑力偏低,达不到工作面作业规程和质量标准化要求,必须坚持二次注液或提高泵站压力。单体支柱实测工作阻力90.1~160kN/棵占总数64.46%,工作阻力偏低。其原因主要是该面底板为铝质泥岩,遇水后更为松软,致使支柱钻底处于降阻状态。切顶墩柱初撑力在300.1~400kN/棵占总数40.48%,大于额定值600kN/棵的一次未出现,初撑力较低。要确保泵站压力与延长升柱时间以提高切顶墩柱初撑力。支柱最大钻底量在来压期间172mm,平均159mm,超过了采煤作业规程和安全质量标准要求的不大于100mm,应采取加大柱鞋面积、提高初次来压和周期来压期间支护强度、切顶排柱间加支一棵单体或切顶排三花柱布置等措施。

根据对工作面中巷顶底、两帮位移量矿压观测,两巷为实体煤开采条件下,回采巷道超前明显影响范围在20m

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