八一煤礦水采孤島煤柱沖擊地壓防治技術研究.pdf

1、1、研究了礦井沖擊地壓的分類，根據八一礦的地質、開采條件、構造體系分布及應力場活動特點，將八一礦3煤層沖擊地壓分煤柱重力型和開采邊界型二類。對沖擊地壓成因和機理的解釋主要有強度理論、能量理論、沖擊傾向理論和失穩(wěn)理論。
　　2、由于孤島工作面及其周圍巷道附近應力集中程度高，頂板運動劇烈，再加上地質構造的影響，采深較大時，很容易引發(fā)沖擊地壓。一般情況下，沖擊地壓的影響因素主要由煤層的開采深度、煤巖的沖擊傾向性、頂板的巖性結構和強度、地

2、質構造以及應力集中升高區(qū)域。八一煤礦3煤的煤體強度較高，f系數達到1.7～2.7，煤體含水率低，小于3％，破壞形式為脆性能量釋放型，因而沖擊傾向性較大，引發(fā)沖擊地壓所要求的應力越小，就越容易發(fā)生沖擊地壓。而且1046煤柱工作面一側支承壓力集中系數達到3.6左右，但煤柱凸角內的兩側采空支承壓力疊加區(qū)的應力集中系數將達到4.0～5.0左右。1046煤柱處于斷層上盤，該區(qū)域地質條件相對復雜，受局部構造應力作用。煤巖層的應力變化將影響斷層的活動

3、，反過來斷層的活化又影響煤體應力釋放。因此在此煤柱工作面容易發(fā)生沖擊地壓。
　　3、在實驗室進行煤體沖擊傾向性試驗得出實驗數據，即彈性能量指數為1.28、沖擊能指數0.67和動態(tài)破壞時間11.0s得出：1021、1024工作面的天然焦無沖擊傾向性。而煤(巖)試塊破壞時的動態(tài)破壞時間可作為沖擊傾向性鑒定的輔助指標，時間越短，沖擊傾向性越強烈。根據1046工作面煤柱沖擊地壓的分析，采用基于頂板巖層結構特征的頂板相變指數（Wf）預測3煤

4、層煤柱沖擊危險性。1046工作面為強沖擊危險；1023工作面為中等偏下危險；1021、1024工作面為中等沖擊危險；908工作面為弱（無）沖擊危險。
　　4、對1046工作面不同煤柱寬度條件下的應力分布與聲發(fā)射特征進行數值模擬得出：當煤柱寬度小于20.0m時，煤柱處于破壞狀態(tài)，沒有沖擊危險；當煤柱寬度為30～40m時應力集中程度最大，高應力區(qū)域為距離煤柱邊緣10～25m的范圍；煤柱寬度為30m、38m時出現兩側采空支承壓力疊加現象

5、，聲發(fā)射活躍，說明沖擊危險性較大；煤柱寬度超過50m后，不會出現應力疊加，聲發(fā)射只在煤柱邊緣的高應力區(qū)域出現，說明沖擊危險程度降低。
　　5、由于1023工作面埋深較淺，從工作面模擬結果可知，開采過程中能量釋放程度小，內應力場范圍為8～10m，支承壓力最大值為15.0Mpa左右，應力集中系數為1.5，開采過程中的煤體釋放能量集中在小范圍內，雖然頂板巖層存在厚度較大的堅硬砂巖，但由于采深只有400m，直接頂冒落充分，厚度較大的砂巖層

6、的運動是緩慢的，既沒有達到發(fā)生沖擊地壓的臨界深度，也不具備發(fā)生破壞沖擊地壓的應力條件。
　　6、1021、1024工作面開采天然焦，無沖擊傾向性，從工作面模擬結果可知，支承壓力分布范圍較大，內應力場范圍較小，約5.0m左右；聲發(fā)射集中在煤壁附近，外應力場（距離煤壁5.0m以外）的聲發(fā)射呈現為無序狀態(tài)，從聲發(fā)射的分布特征看，1021、1024工作面開采期間不具備發(fā)生破壞沖擊地壓的應力條件。
　　7、沖擊地壓的預測方法及防治措施

7、是綜合防治體系，是沖擊地壓的防范和解危的有效途徑?？刂破茐男詻_擊地壓發(fā)生的原則：回收孤島煤柱時，要避免在煤柱的高應力集中區(qū)維護與開掘巷道，從而有效地預防沖擊地壓的發(fā)生。
　　根據八一礦1046工作面頂板巖性結構、數值模擬分析對該工作面沖擊危險區(qū)域的進行了劃分。認為1046工作面周圍已開采的工作面形成的支承壓力是導致沖擊地壓發(fā)生的力源，支承壓力在煤柱內形成的高應力范圍是沖擊危險區(qū)域。高應力區(qū)域為距離煤柱邊緣10～25m的范圍，煤柱寬

8、度為30～40m時應力集中程度最大，沖擊危險性最嚴重。根據確定的危險區(qū)域，制定了合理的巷道布置方案，采取“掘進-回采-再掘進-再回采”的順序開采程序，采取南、北兩個工作面間隔開采方式和巷道掘進、后退式開采方法；經過工程實踐檢驗該方案有效可行。
　　由于八一礦1023工作面兩面采空、兩面實體，屬于半孤島型煤柱的概況和特點，其頂板結構形式不具備積聚發(fā)生破壞性沖擊地壓的彈性能量條件，同時煤層埋深較淺。因此，1023工作面整體上不會發(fā)生破

9、壞性沖擊地壓。根據確定的危險區(qū)域，制定了合理的巷道布置方案和對煤粉鉆孔監(jiān)測的監(jiān)測方法，并提出適合1023工作面沖擊地壓防治的鉆孔爆破卸壓綜合防治措施，經過工程實踐檢驗該方案有效可行。
　　根據八一礦1021、1024和908工作面概況和特點。通過對1021、1024煤柱現場工作面天然焦取樣的實驗室進行破壞過程試驗表明：沒有沖擊傾向性；由于1024煤柱為不規(guī)矩型，從而在1024提出小工作面進行回采布置方式的開采方案。而1021煤柱比

10、較規(guī)矩，從而在1021提出對拉工作面進行回采布置方式的開采方案布置。
　　通過對908煤柱工作面頂板結構分析，Wf僅為7.42，屬于弱（無）沖擊危險。工作面回采率按80%考慮，則直接頂冒落能使開采空間全部填充。因此，908工作面的頂板結構不具備積聚彈性能量的條件。通過對煤柱的破壞過程中煤柱開采的能量釋放進行數值模擬分析得出：不具備發(fā)生沖擊地壓的能量條件。因此908工作面不具有沖擊危險性。從而在908工作面提出沿東邊界布置運輸巷道，