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老虎台矿58008-3 工作面采掘期间防冲探析
2019-02-20
为保证老虎台矿58008-3 工作面安全回采,在58008-3 工作面掘采期间对采用“四位 一体”综合防冲措施进行探析。根据矿井的地质条件及岩性特征划分冲击危险性区域,并加强各 类区域的支护方式。在工作面掘采期间采用钻屑法、声电监测法和矿压观测法预测冲击危险性,采 用高压注水、卸压钻孔、“两掘一钻”、“两钻一掘” 综合防治措施;在施工期间严格按照煤矿安全规 程要求实施。结果表明:钻屑法等方法能够有效预测工作面的冲击危险性,高压注水等措施可以有 效地达到卸压的目的,综合来说采取“四位一体”综合防冲措施在生产上是安全有效的。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 ence and Technology, 2013(9):159-162. ( 收稿日期 2018-07-05ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) 老虎台矿 58008-3 工作面采掘期间防冲探析 1 2 3 刘大伟 ꢀ 赵少辉 ꢀ 张世威 ( 1. 河北煤矿安全监察局冀东监察分局;2. 伊川县煤炭工业局;3. 河南理工大学能源科学与工程学院) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为保证老虎台矿 58008-3 工作面安全回采,在 58008-3 工作面掘采期间对采用“四位 一体”综合防冲措施进行探析。 根据矿井的地质条件及岩性特征划分冲击危险性区域,并加强各 类区域的支护方式。 在工作面掘采期间采用钻屑法、声电监测法和矿压观测法预测冲击危险性,采 用高压注水、卸压钻孔、“两掘一钻”、“两钻一掘”综合防治措施;在施工期间严格按照煤矿安全规 程要求实施。 结果表明:钻屑法等方法能够有效预测工作面的冲击危险性,高压注水等措施可以有 效地达到卸压的目的,综合来说采取“四位一体”综合防冲措施在生产上是安全有效的。 关键词ꢀ 冲击地压ꢀ 防冲ꢀ 四位一体ꢀ 探析ꢀ 安全有效 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 050 Analysis on the Anti-shock During the Tunneling and Mining of 58008-3 Working Face in Laohutai Mine 1 2 3 Liu Dawei ꢀ Zhao Shaohui ꢀ Zhang Shiwei ( 1. Jidong Supervision Branch Hebei Coal Mine Safety Supervision Bureau;2. Bureau of Coal Industry in Yichuan County;3. School of Energy Science and Engineering, Henan Polytechnic University) Abstractꢀ In order to ensure the safe recovery of the 58008-3 working face of Laohutai Coal Mine, the " four-in-one" comprehensive anti-shock measures were analyzed during the 58008-3 working face tunneling and mining. According to the geological conditions and lithological characteristics of the mine, the impact risk areas are divided, and the support methods of various areas are strengthened. During tun- neling and mining, the drill cutting method, acoustic electricity monitoring method and mine pressure ob- servation method are used to predict the impact risk. The high-pressure water injection, pressure relief drilling, " two excavation and one drill" or " two drills and one excavation" are adopted. During the con- struction period, strictly follow the requirements of the coal mine safety regulations. The results show that the drill cuttings method can effectively predict the impact risk of the working face, and the high pressure water injection can effectively achieve the purpose of pressure relief. In general, the " four-in-one" com- prehensive anti-shock measures are safe and effective in production. Keywordsꢀ Rockbrust,Anti-shock,Four-in-one,Explore and analyse,Safe and effective [ 1-3] 。 ꢀ ꢀ 冲击地压是煤岩体中聚积的弹性变形能在一定 煤层注水、钻孔卸压、定向裂缝等 条件下的突然猛烈释放,导致煤岩体失稳、爆裂并弹 出的动力灾害现象。 随着我国煤炭采掘深度的增加 和采掘强度的增大,冲击地压事故发生率呈上升趋 势,严重威胁着煤矿开采的安全,防治冲击地压的重 要性日渐凸显。 目前煤岩体卸压方法有爆破卸压、 抚矿集团老虎台矿位于抚顺煤田中部,于 1907 年开始生产。 矿井主采煤层为结构复杂的特厚煤 层,平均厚度 58 m,呈带状不对称向斜赋存,近东西 走向;矿井设计采煤方法选用综合机械化放顶煤分 层开采,全部垮落法处理采空区。 58008-3 工作面位 于 老 虎 台 矿 井 田 中 央 西 部, 开 采 标 高 ꢁ 574 ꢀ ꢀ 刘大伟(1981—),男,副主任,工程师,063000 河北省唐山市路 [4] ~ ꢁ596 m,煤层最大采高 12 m,最小 6 m 。 该矿 北区河北能源学院实训楼。 2 04 ꢀ ꢀ 刘大伟ꢀ 赵少辉等:老虎台矿 58008-3 工作面采掘期间防冲探析ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 井在上世纪 90 年代开采至今,曾多次发生震感强烈 的冲击地压和矿震现象,为保证本矿井在生产期间 的安全问题,降低由于矿压问题而发生的事故率,老 虎台矿采取了许多防冲措施。 因此对于现在矿井计 划生产 58008-3 工作面,在生产前提前对工作面的 防冲工作进行探析是非常有必要的。 施,并对该措施进行效果检验,验证是否切实适用于 老虎台矿。 1ꢀ 58008-3 工作面概况 1. 1ꢀ 工作面布置情况 58008-3 综放工作面东邻 58007 已采工作面,西 邻 58009 已采工作面,南邻五分层煤层及煤层底板 凝灰岩,北邻 F25 断层,上部为 58008-2 工作面采空 区及 507、508、509 炮采面采空区充填体,下部为 707、708、709 炮采面采空区充填体。 具体位置特征 见图 1。 本次防冲工作选取措施是根据目前国内外对矿 山压力的研究现状并结合老虎台矿特殊的条件以及 老虎台矿多年科研和防冲实验数据为基础,决定在 5 8008-3 综放工作面采取“ 四位一体” 综合防冲措 图 1ꢀ 58008-3 综放工作面位置布置 1 . 2ꢀ 工作面地质情况 8008-3 综放工作面地质条件比较复杂,受沉积 的物理力学性质指数测定成果见表 2。 5 表 2ꢀ 58008-3 工作面煤层物理力学性质指数测定成果 环境和地层运动的影响,工作面范围内地层向北倾 斜且呈东西延展之势。 58008-3 工作面区域断层较 为发育,断层整体走向变化较大,F25 断层位于工作 面北部,落差较大,对工作面的掘进和开采有较大影 响。 受断层影响,煤层及煤层底板被切割成段,东西 走向变化较大,煤层及夹矸厚度变化不一。 3 视密度/ (kg/ m ) 硬度 天然含水率/ % 单轴抗拉强度/ MPa 124. 3 0. 991 3. 19 泊松比 0. 29 2. 71 黏聚力 单轴抗压强度 弹性模量 内摩擦角 / MPa / GPa 6. 33 / (°) / MPa 3. 22 1 5. 30 44. 35 ꢀ ꢀ 经表 1、表 2 对比,并通过单轴抗压强度和弹性 能量指数分析可知,5800-3 综放工作面煤层具有强 冲击倾向性。 1 . 3ꢀ 煤的冲击倾向性 [ 5-9] 由煤岩冲击倾向性判定 冲击地压预测技术 1 . 4ꢀ 冲击危险性区域划分 8008-3 综放工作面上部、下部均为采空区充填 及现场检测组成,煤岩冲击倾向性是指用来划分冲 击地压区域的冲击倾向程度,现场检测是用来划分 冲击地压危险性程度。 冲击倾向性指标包括动态破 坏时间 DT、弹性能指数 WET、冲击能指数 KE 和单轴 抗压强度 σc ,每项指标均有相应的范围,当 5 项冲 击倾向性指标大于临界值时,有可能会发生冲击地 压。 煤的冲击倾向性分类见表 1。 5 体,岩层压力已得到了一定的释放,但考虑到工作面 北顺槽在掘进和开采过程中会受到 F25 断层的影 响,预测工作面北侧及上部的原生煤体(煤柱区)有 冲击危险性,因此将北顺槽从开切眼向东 0 ~ 180 m 范围(在 509、709 炮采面采空区保护范围内) 划定 为一般冲击地压危险区域;将 180 ~ 570 m 范围(原 生煤体煤柱区)划分为冲击地压危险区域;将 570 ~ 表 1ꢀ 煤的冲击倾向性分类 类 别 冲击 倾向 动态破坏 时间/ ms 弹性能量 指数 冲击能量 单轴抗压强度 指数 / MPa <1. 5 <7 ≤500 2≤WET <5 1. 5≤K <5 7≤σ <14 ≤50 ET ≥5 ≥5 ≥14 6 60 m 范围(在 58008-2 工作面采空区和 707 炮采面 D >500 W ET <2 K σ 充填区保护范围内)划分为无冲击地压危险区。 工 作面具体特征情况见图 2 所示。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 无 弱 强 T E c 50<D T E c D W K σ T E c 1 . 5ꢀ 冲击地压区域巷道支护方式 ꢀ ꢀ 老虎台矿在历年实验成果的基础上,对 58008-3 58008-3 综放工作面内冲击地压区域巷道,需采 综放工作面煤层进行了详细的实验室研究,得出煤 取加强支护措施。 2 05 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 ( 1)北顺槽 0 ~ 180 m 范围内一般冲击地压危 险区域和 570 ~ 660 m 范围内无冲击地压危险区均 采用锚网“U36”型棚复合支护,北顺槽180 ~ 570 m 2 06 ꢀ ꢀ 刘大伟ꢀ 赵少辉等:老虎台矿 58008-3 工作面采掘期间防冲探析ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 计,对工作面液压支架进行连续的支护阻力观测;② 在南、北顺槽每间隔 100 ~ 200 m 设置 1 个观测站, 每个观测站设置 1 台 KBU101-200 型顶板动态仪, 对顶底板移近速率进行观测。 上述 3 种方法在检测区域预测有冲击危险时, 实施高压注水和卸压钻孔等解危措施。 图 2ꢀ 58008-3 工作面冲击地压区域巷道 2 . 2ꢀ 防治措施 58008-3 综放工作面在掘进期间采取高压注水 措施、卸压钻孔措施和“两掘一钻”、“两钻一掘” 措 施。 在工作面开采期间,对 58008-3 工作面煤体采 取工作面、北顺槽超前高压注水措施,对冲击地压区 域巷道实施高压注水和卸压钻孔措施。 范围内冲击地压危险区域巷道采用锚网“O36”型棚 复合支护。 ( 2)巷道交叉口采用防冲垛式巷道支架或液压 立柱加强支护。 2 . 2. 1ꢀ 高压注水措施 1)掘进期间。 58008-3 掘进面在冲击地压区 ( 3)北顺槽 180 ~ 660 m 采用超前巷道液压支 ( 架,防冲巷道选用液压支架或单体液压支柱进行加 强支护。 域掘进时,采取深孔循环与短掘短注相结合的高压 注水措施。 即在掘进面煤壁沿掘进方向,在距离底 板 1 m 的水平位置布置 2 个孔径 42 mm、孔深 30 m、 仰角 5° ~ 10°的高压注水孔。 巷道每掘进 20 m 重复 施工注水钻孔。 在掘进过程中,每隔 2 ~ 3 d 对该掘 进工作面采取短掘短注高压注水措施。 即在掘进面 煤壁沿掘进方向,底板起 0. 5 ~ 1 m,布置 2 个孔径 2 ꢀ “四位一体”综合防冲措施 . 1ꢀ 预测预报 2 58008-3 综放工作面在掘进期间,采用钻屑法、 声电监测法预测冲击地压区域巷道的冲击危险性; 在开采期间,对冲击地压区域巷道采用声电监测法、 矿压观测法预测冲击地压危险性。 4 2 mm,孔深 10 ~ 15 m、仰角 5° ~ 15°的高压注水孔 ( 1)钻屑法。 在掘进工作面前方煤壁,距底板 进行高压注水。 封孔深度不低于 6 m,注水压力不 低于 6 MPa,注水时间不低于 3 h。 8 00 mm 水平位置,布置 3 个 ϕ42 mm 的测试钻孔, 孔深 10 m。 其中掘进巷道断面中部布置 1 个钻孔, 并平行于掘进方向,其余 2 个钻孔位于巷道断面两 侧轮廓线外 2 ~ 4 m 处。 临界指标 4. 0 kg / m,每次 预测深度 10 m。 钻孔每钻进 1 m 测定该 1 m 段的 全部钻屑量,如测试指标小于临界指标,则允许掘进 ( 2)开采期间。 58008-3 工作面泵站安设 4 台 高压注水泵,用于工作面、北顺槽高压注水工作。 ① # # # # 工作面注水措施,第 1 天注 5 、12 、19 、26 对应的 # # # # 架前煤壁,第 2 天注 33 、40 、47 、54 对应的架前煤 # # # # 8 m。 壁,第 3 天注 61 、68 、75 、82 对应的架前煤壁,每 间隔 7 个支架布置 1 个高压注水孔,每 3 d 为 1 个 循环,进行循环往复式高压注水工作;②北顺槽高压 注水措施,北顺槽从开切眼向东 180 ~ 570 m 为冲击 地压危险区域,在该段巷道上、下帮布置高压注水钻 孔。 北顺槽 180 ~ 440 m 下帮布设孔深 25 m,仰角 70°的高压注水钻孔,上帮布设孔深 15 m,仰角 70° 的高压注水钻孔;北顺槽 440 ~ 570 m 下帮布设孔深 30 m, 仰 角 80° 的 高 压 注 水 钻 孔, 上 帮 布 设 孔 深 20 m,仰角 70° 的高压注水钻孔。 钻孔孔径 42 mm,孔间距 15 m,封孔深度不低于 6 m,注水压力不 低于 6 MPa,注水时间根据实际情况确定。 ( 2)声电监测法。 冲击地压区域巷道每隔 30 m 设置 1 个测点,每天预测 1 次冲击危险性。 电磁能 量临界值为 32 510 J,临界指标强度值为 290 mV,声 波幅值为 520 mV,声波振铃总数为 37 170 次,采用 临界值法和趋势法相结合确定危险程度。 根据该地 点测试数据累计统计情况,再对临界指标进行修定。 ( 3)矿压观测法。 工作面使用 YHY60(B)型矿 用本安型数字压力计观测液压支架支护阻力,两顺 槽使用 KBU101-200 型顶板动态仪观测顶底板移近 速率,通过不断监测,总结采场来压规律。 ①工作面 支架支护阻力观测。 沿工作面按上、下端头及中部 均匀设置五条观测线,每条观测线选取 2 个支架,每 个支架安装 1 台 YHY60(B)型矿用本安型数字压力 2. 2. 2ꢀ 卸压钻孔措施 (1)掘进期间。 高压注水措施实施完毕后,对 2 07 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 工作面 继 续 实 施 卸 压 钻 孔 措 施。 工 作 面 布 置 6 个ϕ(89 ~ 108) mm 卸压钻孔(布置在高压注水钻孔 附近),孔深 10 ~ 15 m,仰角 15°。 (每组 6 个) 可供 18 人使用的箱式压风自救装置。 北顺槽、南顺槽每间隔 50 m 设置 1 组可供 6 人使用 的箱式压风自救装置。 ( 2)开采期间。 压注水实施完毕后,对冲击区 (4)巷道内严禁有障碍物阻碍行人路线,确保 撤人路线畅通无阻;设备及材料按规定进行有效捆 绑固定,巷道内严禁物件散放。 域巷道继续采取卸压钻孔措施进行卸压。 卸压钻孔 每间隔 5 m 布置 1 组(布置在高压注水钻孔之间), 每组在两帮各布置 1 个钻孔,孔径 89 ~ 108 mm,孔 深 10 ~ 15 m,仰角 30°。 如钻孔范围内有旧采迹,调 整钻孔角度和深度躲避旧采迹,旧采迹保护效果较 好时可不打钻。 (5)凡进入冲击地压区域的人员必须穿戴好防 震服和防震帽,并系好安全带;掘进巷道内必须吊挂 防冲警示牌板,提示人员快速通过,不准停留。 (6)冲击地压区域巷道压力变化较大时,必须 及时采取“松帮松顶”措施进行卸压。 2 . 2. 3ꢀ “两掘一钻”、“两钻一掘”措施 在工作面掘进期间如遇巷道围岩压力增大、煤 3ꢀ 结ꢀ 论 质破碎、地质构造等冲击地压风险增大时,适时采取 两掘一钻”、“两钻一掘”措施。 即掘进时 1 个班打 (1)钻屑法、声电监测法能够有效反应岩体内 部结构特征,矿压观测法通过观测压力的大小能够 反映出顶底板岩层的受力状况,可以有效预测采掘 工作面的矿压规律,提高生产安全系数。 (2)高压注水措施和卸压钻孔措施通过钻孔导 向岩层内部,使得岩层内部的压力分布发生改变,达 到应力集中区域岩层卸压的目的,进而消除采掘工 作面的冲击危险性。 “ 钻注水卸压、2 个班掘进施工或 2 个班打钻注水卸 压、一个班掘进,对掘进工作面前方煤体充分注水卸 压解决冲突危险。 此外,还可对巷道两帮采取高压注水、卸压钻孔 等防冲措施,方法与对工作面煤壁采取的措施相同。 2 . 3ꢀ 效果检验 对 58008-3 掘采工作面已经采取防冲措施的冲 ( 3)58008-3 工作面掘采期间通过采取“四位一 体”的综合防冲措施,安全上是切实可行的。 击地压区域巷道采用钻屑法和声电监测法进行效果 检验(检验方法同钻屑法和声电监测法预测预报方 法一 致)。 临 界 指 标: 强 度 值 369 mV, 声 波 幅 值 258 mV,声波振铃总数为 24 328 次。 如检验结 果显示仍有冲击危险,则需要重新制定设计,进一步 实施防冲措施,直至防冲措施有效,经检验确认无冲 击危险后,方可在采取安全防护措施的条件下进行 巷道掘进。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 1]ꢀ 钱鸣高,石平五,许家林. 矿山压力与岩层控制[ M]. 徐州:中 国矿业大学出版社,2010. [2]ꢀ 顾合龙,南ꢀ 华,王ꢀ 文. 爆破卸压技术防治冲击地压的应用 与检验[J]. 煤炭科学技术,2015(4):22-26. [ [ [ [ 3]ꢀ 吕进国,姜耀东,赵毅鑫. 冲击地压次化监测及其预警方法的 研究与应用[J]. 煤炭学报,2013,38(7):1164-1166. 4]ꢀ 北京华煤安信科技有限公司. 抚矿集团老虎台矿安全现状评 价报告[R]. 北京:北京华煤安信科技有限公司,2016. 2 . 4ꢀ 安全防护措施 1)加强防治冲击地压区域巷道支护,滞后掘 5]ꢀ 赵扬锋,潘一山,李国臻,等. 岩石变形破裂过程中电荷感应信 号的检测[J]. 防灾减灾工程学报,2010,30(3):252-256. 6]ꢀ 顾合龙,王ꢀ 文,王利民. 综放开采上覆岩层移动对邻近层瓦 斯运移的影响分析[J]. 煤炭工程学报,2015(3):61-63. ( 进工作面 25 m 安装巷道液压支架,提高支护抗冲击 强度,为作业人员创造安全作业空间。 ( 2)掘进巷道每 50 m 安装 1 组可供 6 人使用的 [7]ꢀ 李树刚,林海飞,成连华. 综放开采支撑压力与卸压瓦斯运移 关系研 究 [ J]. 岩石力学 与工程学报,2004,23 (19 ):3288- 箱式压风自救装置,距掘进工作面 25 ~ 40 m 安装 2 组压风自救披肩袋,并随工作面掘进及时前移。 3291. [ [ 8]ꢀ 国家安全生产监督管理总局. 煤矿安全规程[S]. 北京:煤炭工 业出版社,2016. ( 3)回采工作面每 10 个支架(15 m) 安设 1 组 可供 2 人使用的披袋压风自救装置。 回采工作面上 安全出口以外 25 ~ 40 m 范围内设置 3 组( 每组 6 个)可供 18 人使用的箱式压风自救装置。 回采工 作面下安全出口以外 50 ~ 100 m 范围内设置 3 组 9] ꢀ 老虎台矿. 老虎台矿 2017 年冲击地压防治措施计划[R]. 抚 顺:老虎台矿,2016. ( 收稿日期 2018-08-02ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) 2 08
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