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南山煤矿回收残留煤柱工作面安全开采技术实践

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  摘  要:冲击地压防治对于南山煤矿是一个重要工作,主要针对煤岩体破裂产生的动载影响进行监测,与针对局部区域煤体集中静载的监测手段相配合,同时控制回采速度,保证巷道支护质量等方法,确保井下残留煤柱工作面安全开采。
  关键词:煤柱工作面  安全开采  南山煤矿
  中图分类号:TD823                                 文献标识码:A                        文章编号:1672-3791(2019)02(c)-0050-02
  1  南山煤矿西一区18层四分段下块概况
  工作面走向长度平均160m,平均倾斜长度68m(26~110m),煤层厚度平均8m,采用滑移放顶煤方法开采,工作面开采时间为2016年8月29日,工作面于2017年5月24日回采到指定停采位置;回采煤量约为13.6万t。
  ⑴ 煤层顶底板特征。
  所采煤层顶板基本顶为30~40m灰白色中砂岩,直接顶为2m厚灰白色细砂岩,底板直接底为2m厚炭质粉砂岩,基本底为40m灰白色中砂岩。
  ⑵ 邻区、邻层。
  ① 邻区对照。
  该区上区段:西一区18层四分段底板层综放面采空区,由综采一队于2008年11月8日回采完毕。
  该区下区段:盆底区北翼18层一分段底板层综放面采空区,由综采二队于2011年5月24日回采完毕。
  该区右区段:北五区18层六分段下块底板层综放面采空区:由综采一队于2006年11月27日回采完毕。
  ② 邻层对照。
  该区下区段上覆:盆底区北翼15-2層一分段底板层综放面采空区,由综采二队于2008年1月3日回采完毕。
  该区右区段上覆:北五区15-2层六分段下块底板层综放面采空区,由综采二队于2004年7月18日回采完毕。
  2  工作面采前冲击危险性评估
  ⑴ 煤层冲击地压危险状态整体定性评估综合指数Wt=0.57属于中等冲击危险。
  ⑵ 危险区域划分。
  该工作面中弱冲击危险区域4个,中等冲击危险区域1个,强冲击危险区1个。具体划分情况如下。
  工作面回风道距设计切眼30~45m,回采期间受工作面见方及该层煤体侧压影响,评价为弱冲击危险;回风道75~95m范围,受断层及区段小煤柱侧压影响,评价为中等冲击危险;回风道135~160m范围受外侧此层区段三角煤柱影响评价为强冲击危险。
  工作面溜子道距切眼30~45m范围受工作面见方及该层煤体侧压影响,评价为弱冲击危险;溜子道75~95m、135~160m范围,受此层煤体侧压影响,评价为弱冲击危险。
  3  工作面冲击地压综合防治
  ⑴ 工作面防冲优化布置。
  工作面所属煤层为18#煤,经矿大等科研机构冲击倾向性鉴定,结果为顶板弱冲击,煤层弱冲击;工作面回采前经防冲大队进行危险性评价,结果为中等冲击危险;工作面原设计停采线位置外错与上区段采空区50m,回采期间将受到外侧本层煤柱侧压影响,故将设计停采线向设计切眼方向移动50m,即与上区段切眼平齐,这样有效的避免了因工作面停采线与上区段外错导致的局部应力集中。
  ⑵ 工作面防冲工程设计。
  ① 煤体大孔径钻孔卸压。
  通过对煤体进行大孔径钻孔卸压,改变了巷道深部煤体的力学性质,使得具有冲击倾向的煤体内部出现破碎带,释放出弹性能量,降低了冲击危险性,并避免了冲击地压的发生。
  采用ZY-750D型液压钻机(功率18.5kW),钻杆φ50mm,钻头直径φ113mm,钻杆长度0.76m,在回风道及溜子道强冲击危险区域每1m布置一组,每组两个进行大孔径钻孔卸压,角度分别+5°、+8°;在中等冲击危险区域每2m布置一组,每组两个大孔径卸压钻孔。施工完后为防止孔内有瓦斯渗出,及时用黄泥或水泥灰封孔,封孔长度不小于1m。该工作面在掘进期间及回采期间不间断进行循环施工,直至回采完成,钻孔深度15~30m。截止到回采结束,共计施工大孔径卸压钻孔400余个,累计钻孔11000余m。
  ② 煤体注水钻孔软化卸压。
  钻孔布置:利用两巷施工的大孔径钻孔每10m执行一对静压注水孔;溜子道注水孔角度为+17°,孔深约40m;回风道注水孔角度为+5°,孔深约30m。发现煤层出现渗水现象时,停止注水。工作面推进到距钻孔15m时,停止该钻孔注水工作。注水队派专人负责,详细做好注水时间,注水量及泵压记录。截止到回采结束共计施工注水钻孔62个。
  ⑶ 工作面冲击地压监测。
  ① SOS微震在线监测系统。
  南山煤矿在全矿范围内布置一套SOS微震监测系统,全面覆盖矿区,并形成完整监测体系,实现井上下数据同步。当该工作面附近出现异常震源数据时,由防冲大队下达预警通知单,经矿领导审批后采区立即处理确保安全生产。
  工作面自开采以来震源情况如下:工作面自2016年9月19日起回采至2017年5月24日回采结束共计发生震源193次,其中4次方以上震源59次。
  位置主要集中在上区段三角煤柱区域附近,对工作面及上下两巷影响不大,直至回采完成未出现明显冲击显现。
  ② KJ743应力在线监测系统。
  南山煤矿KJ743地应力无线监测系统在工作面形成后安装探头10套,并建立井上下局域网络,实现井上下数据同步,对工作面进行24h监测。KJ743应力在线监测系统自2016年9月安设以来,最大应力值为5.6MPa,数据平稳,未超过该面设置的预警值(10MPa)。
  ③ 煤粉率监测。
  在西一区18层四分段下块工作面附近、划分危险区域为绿色无冲击危险区域内取标准值,确定标准值后,在工作面每回采15m或出现异常震源时,在工作面及上下两巷距切眼15~20m处进行取值,所取值与标准值进行对比,当所取值小于标准值1.5倍时,且其他检测系统无异常数据时,可正常进行回采作业,每次取值不得少于5个孔。截止到回采结束,所取煤粉率数值均在标准值1.5倍以下。
  4  结语
  ⑴该工作面采用微震与应力相结合的监测手段,微震作为一种区域性的监测方法,主要针对煤岩体破裂产生的动载影响进行监测,与针对局部区域煤体集中静载的监测手段相配合,可以实现冲击地压的综合监测。
  ⑵控制回采速度,除采用大孔径、注水钻孔等卸压措施外,该工作面采用了较慢的回采速度匀速推进(同时要满足防火要求),这样大大降低了能量微震事件的发生频率,让煤岩体内能量平缓释放。
  ⑶支护质量要保证,在工作面回采期间,定期对巷道内的支护质量进行检测,对危险区域或支护失效位置提前采取措施,有利于巷道的抗冲击能力,降低冲击地压发生的危险。
  冲击地压防治对于南山煤矿是一个重要工作,南山煤矿在进行冲击地压防治实践的过程中,还应不断健全和完善冲击地压防治的技术体系,通过不断总结现场经验、降低防治成本、提高防治水平,最终达到在保证安全的前提下产生较好的经济效益的目的。
  参考文献
  [1] 王存文,姜福兴,王平,等.煤柱诱发冲击地压的微震事件分布特征与力学机理[J].煤炭学报,2009,34(9):1169-1173.
  [2] 窦林名,何学秋.冲击地压防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001:88-97.
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