沖擊危險性礦井預測預報范文

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《煤礦現代化雜志》2014年第四期

1沖擊地壓預測預報

1.1煤層剛度勘測技術原理聲發射測試技術作為無損檢測方法中的一種，因其具有簡便、快速、經濟、準確可靠、便于大面積測試等優點，具有極大的應用潛力[8]。根據彈性波波動力學理論，波在均勻介質中傳播時，波的傳播速度、振幅和類型均保持不變，但是當波在不均勻介質（如剛度發生變化）中傳播時，它將會發生發射、透射或散射現象，波的傳播速度、強度也將發生變化，導致擾動能量重新分配。

1.2勘測方法與測點布置應力波傳播信號與聲源距傳感器距離、傳感器布局及聲源本身特性有密切關系。聲發射源由錘擊在煤壁預定位置產生激振，產生應力波輻射。從開切眼開始，在巷道中距離激振源位置每隔2m布置傳感器，由防爆聲發射數據采集儀自動采集數據。9308工作面測點布置情況。勘測可以采用一維和二維兩種傳感器布局，一維方式可以快速獲得煤體沿傾向的剛度分布情況，而二維方式（見圖2）可進一步測得煤體的剛度沿順槽高度的分布，能夠更恰當地表征煤體的剛度特性。

1.3實施步驟①按照勘測方案沿煤壁確定并標記聲發射源和探頭布置位置；②在探頭位置向煤壁鉆孔5m置入波導桿；③將聲發射傳感器安裝至波導桿端部，涂上耦合劑，并用膠帶固定；④連接傳感器至數據采集儀，開啟直流電源，設置采集參數；⑤用激振槍在指定位置激振，聲發射信號由數據采集儀自動完成采集；⑥至另一個測點，重復②-⑤的工作。勘測結束后，將采集數據傳輸到電腦中，運用專門軟件進行信號分析、和定位分析，開發程序可自動完成煤體剛度的反演計算。

2沖擊礦壓防治技術

通過綜合指數法[9-10]對9308工作面進行危險性評價，其沖擊地壓危險性指數Wt=0.69，沖擊地壓危險狀態等級評定為C等級中等沖擊危險（0.5~0.75）。該工作面在回采過程中需要提高警惕，由于回采過程中會產生擾動，使工作面前方煤體應力得到進一步疊加，增大了發生沖擊地壓的可能性。為保證礦井安全回采，必須提前做好沖擊危險區域的防治工作，沖擊地壓防治可以從局部和全局兩個角度進行。

2.1局部精細處理采用卸壓爆破煤體卸壓爆破是對已形成沖擊危險的煤體，用爆破方法減緩其應力集中程度的一種解危措施。卸壓爆破在煤體中產生大量裂隙，使煤體的力學性質發生變化，彈性模量減小，強度降低，彈性能減少，破壞了沖擊礦壓發生的強度條件和能量條件。（1）煤體卸壓爆破的作用：降低煤體的強度、降低煤體的沖擊傾向性、支承壓力高峰值向煤體深部轉移、振動釋放能量、形成沖擊礦壓危險的松散煤體阻隔帶。（2）煤體卸壓爆破的位置：卸壓爆破在工作面順槽中開始，對實體煤幫進行卸壓爆破，范圍為兩順槽自工作面起向外100m，自工作面起每5m在上下兩幫打卸壓爆破孔（僅在高剛度煤體區域）。爆破后要檢查卸壓效果，如果在卸壓爆破范圍內仍有沖擊地壓危險存在，則應進行第二次爆破，直至解除沖擊地壓危險為止。（3）煤體卸壓爆破參數的選擇：煤幫炮眼采用電鉆、麻花鉆桿配合φ42mm鉆頭施工。炮眼距底板1.2m，眼深10m，間距5m，單排布置，炮眼角度平行于底板、垂直于煤幫。每孔采用反向裝藥，封孔長度3～4m，裝藥量3.0kg。一個炮眼中采用3個炮頭，一次爆破1～3個孔。聯線方式，孔內并聯，孔間串聯。（4）煤體卸壓爆破注意事項：①運輸順槽轉載機段有適合的安全操作空間時，卸載炮布置范圍應延伸至轉載機段，然后依次往外布置卸載炮眼；②鑒于軌道順槽機電設備布置情況和防沖要求，大型機電設備至少應放到自工作面向外100m；③爆破孔可利用鉆屑量監測時所打的鉆孔，沖凈后使用；④爆破完畢經電磁輻射監測后，如電磁輻射信號仍異常，應再次進行卸壓爆破。第二次打卸壓孔時，要注意避開上一次的鉆孔位置；⑤生產過程中，當采煤機割煤到機頭、機尾50m范圍內、或在工作面機頭、機尾50m范圍內移支架放煤時，在工作面超前運輸順槽或軌道順槽100m范圍內禁止進行相應的作業、人員嚴禁行走的工作制度；⑥為達到進一步緩解應力集中，轉移釋放壓力，減緩礦壓顯現的目的,可以在兩順槽進行深孔鉆孔卸壓措施，具體仍可執行礦現行措施要求。

2.2全局超前治理采用煤層注水煤層預注水是在采掘工作之前，對煤層進行全方位、長時壓力注水。注水一般是在已經掘好的回采巷道內或臨近巷道內進行，是一種積極主動的區域性防范措施，不僅能消除或減緩沖擊地壓威脅，而且可起到消塵、降溫、改善勞動條件的作用。（1）煤層注水在防治沖擊地壓所起的作用:①水對煤巖的強度特性、變形特性和沖擊傾向性都有著重要的影響。煤塊試樣浸水隨煤體含水率增加，孔隙率和泊松比增大，但其強度和彈性模量降低，并在一定時間內，隨浸水時間的延長而加劇。水對煤的沖擊傾向有著顯著的降低作用；②煤層注水后，峰值壓力降低，峰值點位置向煤壁深部轉移；③煤層注水方法能顯著地改善能量釋放過程在時間上的穩定性和空間上的均勻性。未注水煤層能量釋放極不均勻，釋放量以工作面前方巷道處為最高，而注水煤層能量釋放的空間范圍大，但釋放量較均勻。（2）煤層注水參數：注水孔沿走向方向布置，對于頂底起伏較大的煤層，應采用相對步孔，使孔長減小；孔口布置在煤層中較硬的分層中，以利于封孔和防治漏水；注水孔直徑為80mm，長度為120m，孔間距為10m；鉆孔傾角考慮鉆桿下沉的影響，使成孔傾角與煤層傾角一致。進行試驗確定合理含水量增值后，根據鉆孔承擔的濕潤煤量計算注水量，大致注水到煤壁“出汗”為止。為確定合理的注水壓力和流量，應進行煤層注水特征試驗。具體作法是：從0開始逐級增加注水壓力，測定實際的注水流量，作出壓力一流量曲線，獲得注水臨界壓力。同一煤層的不同區域，其注水特性可能差別很大，隨著注水時間的延續，煤層注水性能也會發生變化，所以應根據實際情況及時調節水壓。（3）提高煤層注水效果：采用間歇注水法，有利于消除表面覆蓋的氣泡，有利于提高毛細作用改善濕潤效果，在間隙注水時，注水時泄水地點不一定相同，因此間歇注水比連續注水濕潤效果好；可先封孔后爆破或先爆破后封孔，使孔內煤體松動為注水創造條件。經驗表明，孔內爆破后注水流量可提高數倍至數十倍。

3結論

針對9308工作面地質情況，運用聲發射測試技術對煤層剛度進行勘測，詳細的介紹勘測工藝，包括勘測方法、測點布置及施工步驟，通過聲發射法對沖擊發生的危險性進行預測預報，研究利用聲發射技術獲取煤體結構剛度和現場勘測技術，為沖擊礦壓預測預報提供新途徑。對于沖擊危險性區域，采用卸壓爆破對其進行局部處理，對高剛度區域煤體實施松動爆破，可確保煤體整體軟化卸壓，注意避免不當的松動爆破解危誘發沖擊礦壓而破壞設備、巷道和造成人員傷亡，影響安全生產；也可以采用煤層注水進行全局處理，通過壓力水的物理化學作用，改變煤的物理力學性質，減弱或者消除沖擊危險，同時還可起到消塵、降溫、改善勞動條件的作用。

作者：顧穎詩單位：兗州煤業股份有限公司濟寧二號煤礦