安泰煤矿高应力区冲击地压与瓦斯防治技术

常刚政

(1.太原理工大学矿业工程学院 ;2.太原煤气化公司)

近年来，随着安泰煤矿开采深度的增加，煤层埋藏深度进入了冲击地压多发区域，顶底板均为硬砂岩层，容易积聚能量，使煤体产生应力集中。多层开采产生的采动影响较为强烈，增强了冲击危险性，特别开采到西二采区后，冲击灾害频发，严重影响安全生产。

1 冲击地压发生原因分析

①统计显示，冲击地压在我国显现频率最高的采深为600 m，该矿西二采区采深恰在600 m左右;②顶板较坚硬，容易悬顶，造成应力集中，弹性势能聚集形成冲击;③煤岩构造复杂，水平应力大，是冲击地压的先天条件;④留设煤柱过宽，虽然对顶板支撑较好，但同时本身聚集能量，为冲击地压的诱因。

2 冲击煤岩体能量释放原理

从发生机理方面，冲击地压可以解释为，在地质构造和开采方法的影响下，煤岩受到高应力作用发生形变，能量突然释放［1-2］。双鸭山矿区冲击地压现象表现出煤岩大量抛出、生产设备损坏等现象。依据综合考量近远载荷，动力源自顶板或者高位岩层，每次冲击均为两帮损坏，冲击过程中断裂顶板动载荷起到了关键作用［3-4］。此外，仅仅是高应力区发生冲击，超前应力对区段煤柱产生作用，冲击地压发生在震源自由面附近，此处为最强的动载作用［5-6］。在动静加载下，矿井冲击地压机理模型如图1所示。

3 西二采区冲击地压及瓦斯防治方法

3.1 冲击地压防治

3.1.1 大直径煤体钻孔卸压机理

钻孔围岩受力平衡被打破，煤体承载强度降低，孔周应力集中超过了围岩受力极限，孔壁发生塑性形变区域加大［7-8］。大直径孔空间大，变形量大，孔壁形成破裂区、塑性区、弹性区，如图2所示。

图1 矿井冲击煤岩体能量释放原理

图2 大直径煤体钻孔卸压机理

3.1.2 大直径煤体钻孔布置

在一定的构造和地应力环境下，大直径钻孔是提高卸压效果的有效手段。

3.1.2.1 煤层上帮钻孔卸压

孔深约15 m，保持1.5 m孔间距，钻孔和煤层倾角保持同步，沿走向平行布置，孔径133 mm。煤壁切眼外150 m为起始位置，卸压孔间隔为1.5 m，最后一孔在B1点前45 m，高度为煤层中部，如图3所示。

3.1.2.2 煤体下帮钻孔卸压

孔深约60 m，保持3.0 m孔间距，钻孔和煤层倾角保持同步，沿走向平行布置，孔径133 mm;煤壁切眼往外150 m为起始位置，卸压孔间距3.0 m，B1之前45 m为终点，如图4所示。卸压孔钻好，采用水泥砂浆封孔，封孔不小于200 mm。

图3 上帮煤层卸压钻孔布置(单位:m)

图4 下帮煤体卸压孔布置(单位:m)

3.2 瓦斯治理方法

3.2.1 仰角钻法

在西二采区回风顺槽距离工作面25 m的位置布置钻场，利用2400型液压钻机向冒落拱上方钻孔。为了使抽放效果更为理想，钻孔尽量与冒落拱相切，以抽放到上部卸载层及采空区的瓦斯，如图5所示。钻孔施工完毕，安装瓦斯抽放管路，经瓦检员测得，单个钻孔浓度可以达到2.5～4 m3/min，有效降低了采空区、采区瓦斯涌出率。

3.2.2 本煤层深孔爆破抽放法

图5 向冒落拱上方打钻抽采采空区瓦斯

在西二采区回采工作面的运输巷和回风巷布置钻孔。要求钻孔方向平行于工作面，爆破钻孔间距为10 m，2个爆破孔中间施工一个控制孔，孔深均为50 m。爆破孔装药长度为35 m，封孔距离为15 m;控制孔不装药，为煤体裂隙发育提供自由面。炸药用导爆索引爆，使煤体松动产生裂隙，提高了煤层透气性和瓦斯渗透率，同时释放煤体承受的集中应力，有效预防了冲击地压的发生。

4 结论

通过研究，得出区段煤柱和坚硬顶板应力集中是导致冲击地压发生的主要原因，根据现场实际情况，确定了煤层钻孔卸压的施工方案。通过使用大孔径煤体钻孔卸压技术，仰角钻和煤层深孔爆破抽放法，使西二采区冲击地压及瓦斯突出灾害得到了有效治理，确保了煤矿的安全生产。

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［4］何满潮.世纪之交软岩工程技术现状与展望［M］.北京:煤炭工业出版社，1999.

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［6］董方庭.巷道围岩松动圈支护理论［M］.北京:煤炭工业出版社，1996.

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