煤礦沖擊礦壓的防治技術

煤礦沖擊礦壓的防治技術沖擊礦壓防范措施合理的開拓布置和開采方式實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，開拓布置應有利于解放層開采。2、劃分采區(qū)時，應保證合理的開采順序，最大限度地避免形成煤柱等應力集中區(qū)。3、采區(qū)或盤區(qū)的采煤工作面應朝一個方向推進，避免相向開采，以免應力疊加。4、在地質構造等特殊部位，應采取能避免或減緩應力集中和疊加的開采程序。5、有沖擊危險的煤層的開拓或準備巷道、永久硐室、主要上(下)山、主要溜煤巷和回風巷應布置在底板巖層或無沖擊危險煤層中，以利于維護和減小沖擊危險。6、開采有沖擊危險的煤層，應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。一個煤層(或分層)先采，能使臨近煤層得到一定時間的卸載。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。實施時必須保證開采的時間和空間有效性。不得在采空區(qū)內留煤柱，以使每一個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，隨著時間的延長逐漸被壓實，同時采空區(qū)和圍巖中的應力相應地逐漸增加，趨于原巖應力水平，所以解放層的作用是有時間性的，卸壓作用和效果隨時間的延長而減小。因此，開采解放層的間隔時間不能太久。一般卸壓有效期限為：用全部垮落法開采解放層時為3a，用全部充填會時為2a。對于下部煤層，由于受到解放層開采時的前、后支承壓力產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構和層間巖石的性質，特別是改變了它們的裂隙度和透氣性，改變了煤巖結構和屬性，釋放了潛在的彈性能，消除或減緩了沖擊地壓危險。沖擊危險的解危措施卸壓爆破振動爆破有振動卸壓爆破，振動落煤爆破，振動卸壓落煤爆破，頂板爆破。振動卸壓爆破原理在回采工作面及上下兩巷，振動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)向煤體深部轉移。振動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，可將高的應力集中區(qū)轉移到煤體深部，形成松動帶。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。振動落煤爆破振動、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截深范圍內的支承壓力區(qū)。這種爆破要求炮眼全長爆破，使得下一個截深范圍內應力釋放。這種情況下，采煤機幾乎僅起裝煤作用。振動卸壓落煤爆破這種爆破組合了振動、卸壓爆破和振動、落煤爆破兩種。振動、卸壓、落煤爆破既用于采面前方，也可用于巷道掘進，其參數(shù)根據(jù)具體條件而定，但卸壓長鉆孔爆破后，應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，降低其強度，釋放因壓力而聚集的能量，減少對煤層和支架的沖擊振動。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度隨著其含水量的增加而降低，其關系可用下式表示，見圖10-1所示：（10-1）式中w0為強度最大時的含水量，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。同時含水率與注水時間并不成正比另外，煤的濕度的增加可改變其切割指數(shù)，降低煤塵。圖10-31單向抗壓強度與其含水量的關系圖10-2沖擊傾向指數(shù)與煤的濕度增量的關系煤層注水的實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，依次在每一個鉆孔放入注水槍，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，注水孔的大小應與注水槍的大小相適應，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，對原煤體進行高壓注水，鉆孔長度應覆蓋整個工作面范圍。注水鉆孔后面的長度應小于兩倍的注水半徑，通常為10~20m，注水鉆孔之間的距離應為10~20m。上述均取決于注水時的滲透半徑。采面區(qū)域內的注水應從兩巷相對的兩個鉆孔進行注水，注水從靠工作面最近的鉆孔開始，一直持續(xù)到整個工作面范圍。注水槍應布置在破碎帶以外，深度視具體情況而定。一般情況下，注水區(qū)應在工作面前方60m外進行。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，當水壓力降至5Mpa時，認為該鉆孔水已注好。在有些情況下煤壁會滴水。在長鉆孔或聯(lián)合注水法注水的情況下，為了預防早期注過水的煤層干燥，用高壓設備注水結束后，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，消除應力升高區(qū)。下面詳細說明鉆孔對應力狀態(tài)的影響，如圖10-3所示。圖10-3煤體鉆孔對應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力值，即煤層的應力達到該值時將會發(fā)生沖擊礦壓。從煤壁開始，煤層上覆的應力達到了最大值Gzmax，而該值接近于極限應力值，說明了沖擊礦壓危險性很大。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，結果使鉆孔煤體的壓力降為Gsc。應力Gz越高，鉆孔受擠壓移動的程度就越大。在支承壓力區(qū)域內，用大直徑鉆頭鉆孔，降低其應力值，而鉆孔局部范圍出現(xiàn)小的應力集中G’z，當該應力G’z超過鉆孔壁的強度時，隨著時間的推移，鉆孔間煤體的風化與壓裂，結果在每個鉆孔周圍直徑為D的范圍內卸壓。因此，在布置鉆孔時，其間距S至少等于D。這樣，在一定范圍內，應力降低。應力最高點G”zmax距煤壁的距離移至b”。應當注意，鉆孔形成的卸壓帶使煤體松動，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，預先制造一個裂縫。在較短的時間內，采用高壓水，將巖體沿預先制造的裂縫破裂。在高壓水的作用下，巖體的破裂半徑范圍可達15~25m，有的甚至更大。定向水力理法有兩種，一是預裂縫為周向的，另一是預裂縫為軸向的。研究表明，在要形成周向預裂縫的情況下，為了達到較好的效