煤礦沖擊礦壓的防治技術(shù)

煤礦沖擊礦壓的防治技術(shù)沖擊礦壓防范措施合理的開拓布置和開采方式實(shí)合理的開拓布置和開采方式是防治沖擊地壓的根本性措施。主要原則是：1、開采煤層群時(shí)，開拓布置應(yīng)有利于解放層開采。2、劃分采區(qū)時(shí)，應(yīng)保證合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應(yīng)力集中區(qū)。3、采區(qū)或盤區(qū)的采煤工作面應(yīng)朝一個(gè)方向推進(jìn)，避免相向開采，以免應(yīng)力疊加。4、在地質(zhì)構(gòu)造等特殊部位，應(yīng)采取能避免或減緩應(yīng)力集中和疊加的開采程序。5、有沖擊危險(xiǎn)的煤層的開拓或準(zhǔn)備巷道、永久硐室、主要上(下)山、主要溜煤巷和回風(fēng)巷應(yīng)布置在底板巖層或無沖擊危險(xiǎn)煤層中，以利于維護(hù)和減小沖擊危險(xiǎn)。6、開采有沖擊危險(xiǎn)的煤層，應(yīng)采用不留煤拄垮落法管理頂板的長壁開采法。7、頂板管理采用全部垮落法，工作面支架采用具有整體性和防護(hù)能力的可縮性支架。開采解放層開采解放層是防治沖擊地壓的有效和帶有根本性的區(qū)域性防范措施。一個(gè)煤層(或分層)先采，能使臨近煤層得到一定時(shí)間的卸載。這種卸載開采稱之為開采解放層。先采的解放層必須根據(jù)煤層賦存條件選擇無沖擊傾向或弱沖擊傾向的煤層。實(shí)施時(shí)必須保證開采的時(shí)間和空間有效性。不得在采空區(qū)內(nèi)留煤柱，以使每一個(gè)先采煤層的卸載作用能依次地使后采煤層得到最大限度的“解放”。解放層開采后，采空區(qū)垮落的矸石或充填料，隨著時(shí)間的延長逐漸被壓實(shí)，同時(shí)采空區(qū)和圍巖中的應(yīng)力相應(yīng)地逐漸增加，趨于原巖應(yīng)力水平，所以解放層的作用是有時(shí)間性的，卸壓作用和效果隨時(shí)間的延長而減小。因此，開采解放層的間隔時(shí)間不能太久。一般卸壓有效期限為：用全部垮落法開采解放層時(shí)為3a，用全部充填會(huì)時(shí)為2a。對(duì)于下部煤層，由于受到解放層開采時(shí)的前、后支承壓力產(chǎn)生的加載和卸載交替作用，在很大程度上改變了下部煤層的結(jié)構(gòu)和層間巖石的性質(zhì)，特別是改變了它們的裂隙度和透氣性，改變了煤巖結(jié)構(gòu)和屬性，釋放了潛在的彈性能，消除或減緩了沖擊地壓危險(xiǎn)。沖擊危險(xiǎn)的解危措施卸壓爆破振動(dòng)爆破有振動(dòng)卸壓爆破，振動(dòng)落煤爆破，振動(dòng)卸壓落煤爆破，頂板爆破。振動(dòng)卸壓爆破原理在回采工作面及上下兩巷，振動(dòng)爆破能最大限度地釋放聚積在煤體中的彈性能，在工作面附近及巷道兩幫形成卸壓破壞區(qū)，使壓力升高區(qū)向煤體深部轉(zhuǎn)移。振動(dòng)卸壓爆破在人員撤離的情況下，這種爆破除引發(fā)沖擊礦壓外，可將高的應(yīng)力集中區(qū)轉(zhuǎn)移到煤體深部，形成松動(dòng)帶。其效果是引發(fā)沖擊礦壓，減緩深部煤體中的壓力升高區(qū)，爆破引發(fā)一些地震能的釋放。振動(dòng)落煤爆破振動(dòng)、落煤爆破的目的是在人員撤離的情況下，引發(fā)沖擊礦壓，減緩或移去深部煤體或采煤機(jī)截深范圍內(nèi)的支承壓力區(qū)。這種爆破要求炮眼全長爆破，使得下一個(gè)截深范圍內(nèi)應(yīng)力釋放。這種情況下，采煤機(jī)幾乎僅起裝煤作用。振動(dòng)卸壓落煤爆破這種爆破組合了振動(dòng)、卸壓爆破和振動(dòng)、落煤爆破兩種。振動(dòng)、卸壓、落煤爆破既用于采面前方，也可用于巷道掘進(jìn)，其參數(shù)根據(jù)具體條件而定，但卸壓長鉆孔爆破后，應(yīng)避免在同一眼位布置落煤爆破孔。頂板爆破頂板爆破就是將頂板破斷，降低其強(qiáng)度，釋放因壓力而聚集的能量，減少對(duì)煤層和支架的沖擊振動(dòng)。炸藥爆炸破壞頂板的方法有兩種，一是短鉆孔爆破，一是長鉆孔爆破。煤層注水煤體注水原理大量的研究表明，煤系地層巖層的單向抗壓強(qiáng)度隨著其含水量的增加而降低，其關(guān)系可用下式表示，見圖10-1所示：（10-1）式中w0為強(qiáng)度最大時(shí)的含水量，a,b,c為系數(shù)。其中的系數(shù)a,b,c及w0的值見表10-1所示。表10-1系數(shù)表巖石種類abcw0粗粒砂巖290-1.3925.9≥4細(xì)中粒砂巖537-1.2046.0≥7泥巖985-1.2134.0≥15頁巖6100-2.2723.9≥28同樣，煤的強(qiáng)度與沖擊傾向指數(shù)WET也隨煤的濕度的增加而降低，見圖10-2。在所有的情況下煤的沖擊傾向指數(shù)與煤的濕度增量（含水率）的關(guān)系可用下式表示：（10-2）式中WET—注水后，煤層沖擊傾向性指數(shù)WET0—自然狀態(tài)下煤層沖擊傾向性指數(shù)ΔW—含水率煤層的不同，上式的系數(shù)也不相同。同時(shí)含水率與注水時(shí)間并不成正比另外，煤的濕度的增加可改變其切割指數(shù)，降低煤塵。圖10-31單向抗壓強(qiáng)度與其含水量的關(guān)系圖10-2沖擊傾向指數(shù)與煤的濕度增量的關(guān)系煤層注水的實(shí)用方法有三種布置方式，即與采面煤壁垂直的短鉆孔注水法，與采面煤壁平行的長鉆孔注水法和聯(lián)合注水法。短鉆孔注水法短鉆孔注水法主要看注水鉆孔的數(shù)量。鉆孔通常垂直與煤壁，而且在煤層中線附近。注水時(shí)，依次在每一個(gè)鉆孔放入注水槍，水壓力通常為20—25Mpa。比較有效的餓注水孔間距為6—10m，注水鉆孔的深度不小于10.0m，注水孔的大小應(yīng)與注水槍的大小相適應(yīng)，而且放入注水槍后能自行注水，封孔封在破裂帶以外。長鉆孔注水法這種方法是通過平行工作面的鉆孔，對(duì)原煤體進(jìn)行高壓注水，鉆孔長度應(yīng)覆蓋整個(gè)工作面范圍。注水鉆孔后面的長度應(yīng)小于兩倍的注水半徑，通常為10~20m，注水鉆孔之間的距離應(yīng)為10~20m。上述均取決于注水時(shí)的滲透半徑。采面區(qū)域內(nèi)的注水應(yīng)從兩巷相對(duì)的兩個(gè)鉆孔進(jìn)行注水，注水從靠工作面最近的鉆孔開始，一直持續(xù)到整個(gè)工作面范圍。注水槍應(yīng)布置在破碎帶以外，深度視具體情況而定。一般情況下，注水區(qū)應(yīng)在工作面前方60m外進(jìn)行。聯(lián)合注水法這種方法是上述兩種方法的綜合，采面部分區(qū)域采用長鉆孔注水，部分區(qū)域采用短鉆孔注水，注水壓力不小于10Mpa，當(dāng)水壓力降至5Mpa時(shí)，認(rèn)為該鉆孔水已注好。在有些情況下煤壁會(huì)滴水。在長鉆孔或聯(lián)合注水法注水的情況下，為了預(yù)防早期注過水的煤層干燥，用高壓設(shè)備注水結(jié)束后，可將注水鉆孔和消防龍頭相連。鉆孔卸壓采用煤體鉆孔可以釋放煤體中聚集的彈性能，消除應(yīng)力升高區(qū)。下面詳細(xì)說明鉆孔對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響，如圖10-3所示。圖10-3煤體鉆孔對(duì)應(yīng)力分布的影響示意圖頂板巖層作用在煤體上，工作面前方煤體上的壓力可用曲線Gz表示。而Gk表示了發(fā)生沖擊礦壓的極限應(yīng)力值，即煤層的應(yīng)力達(dá)到該值時(shí)將會(huì)發(fā)生沖擊礦壓。從煤壁開始，煤層上覆的應(yīng)力達(dá)到了最大值Gzmax，而該值接近于極限應(yīng)力值，說明了沖擊礦壓危險(xiǎn)性很大。這種情況下，采用直徑d=2r，長l的鉆孔，鉆孔中部受擠壓的長度為a，結(jié)果使鉆孔煤體的壓力降為Gsc。應(yīng)力Gz越高，鉆孔受擠壓移動(dòng)的程度就越大。在支承壓力區(qū)域內(nèi)，用大直徑鉆頭鉆孔，降低其應(yīng)力值，而鉆孔局部范圍出現(xiàn)小的應(yīng)力集中G’z，當(dāng)該應(yīng)力G’z超過鉆孔壁的強(qiáng)度時(shí)，隨著時(shí)間的推移，鉆孔間煤體的風(fēng)化與壓裂，結(jié)果在每個(gè)鉆孔周圍直徑為D的范圍內(nèi)卸壓。因此，在布置鉆孔時(shí)，其間距S至少等于D。這樣，在一定范圍內(nèi)，應(yīng)力降低。應(yīng)力最高點(diǎn)G”zmax距煤壁的距離移至b”。應(yīng)當(dāng)注意，鉆孔形成的卸壓帶使煤體松動(dòng)，不能聚集彈性能以及形成永久屈服變形。定向裂縫定向水力裂縫法定向水力裂縫法就是人為地在巖層中，預(yù)先制造一個(gè)裂縫。在較短的時(shí)間內(nèi)，采用高壓水，將巖體沿預(yù)先制造的裂縫破裂。在高壓水的作用下，巖體的破裂半徑范圍可達(dá)15~25m，有的甚至更大。定向水力理法有兩種，一是預(yù)裂縫為周向的，另一是預(yù)裂縫為軸向的。研究表明，在要形成周向預(yù)裂縫的情況下，為了達(dá)到較好的效