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顶板大面积来压预测防治

2022/07/15264 作者:佚名
导读:3.1 顶板大面积来压的预测 根据以上机理,在本文中各举一例,分别预测切冒型或拱冒型大面积来压的发生和范围,并与实际的来压情况加以比较。 3.1.1 切冒型大面积来压预测 实例1,大同矿务局挖金湾煤矿青羊湾井832盘区,采深84~104 m,1961年10月22日当采空面积达16.3万m2时发生了一次塌陷面积达12. 8万m2的大面积切冒型来压,冒落时产生强烈暴风,吹毁风桥两座,密闭9座,摧倒巷道

3.1 顶板大面积来压的预测

根据以上机理,在本文中各举一例,分别预测切冒型或拱冒型大面积来压的发生和范围,并与实际的来压情况加以比较。

3.1.1 切冒型大面积来压预测

实例1,大同矿务局挖金湾煤矿青羊湾井832盘区,采深84~104 m,1961年10月22日当采空面积达16.3万m2时发生了一次塌陷面积达12. 8万m2的大面积切冒型来压,冒落时产生强烈暴风,吹毁风桥两座,密闭9座,摧倒巷道支架90多架,地面沉陷深度0. 5~1. 0 m,是大同矿区多年来一次最大的来压动力现象。该盘区煤层厚度5 m,顶板为厚层状整体砂岩,用刀柱法开采,煤柱面积比率约0. 19,首先计算煤柱平均应力σ=0. 19-1 ×100 × 2. 5 × 10-2 =13. 16 MPa,计算煤柱极限强度σp=25 × ( 0. 778 0. 222×5/5)=25 MPa,用(2)式判别nσ=26.32 MPa>σp,故该盘区中部煤柱已破坏。

若计算塑性区宽度xo,可取k=2,Pi=0,C=30 MPa,ctgφ =1. 2,f = 0.3,ε=4,则xo = 2. 72 m,根据公式(1),煤柱宽度5m <2xo,故煤柱已破坏。

运用公式(4),(5)计算Ld,Lc,q=2.5 MPa,R't=5 MPa,R's=8 MPa,所以Ld =276 m,Lc=435 m。用(6)计算采空区的切冒面积A = 120060 m2,与实际塌陷面积128000 m2基本一致。根据这种预测,该盘区在采空达12万m2时,必须留宽的隔离煤柱,预防大面积来压的发生。在开采设计中可用此值选择盘区、区段和工作面的长度参数。

3.1.2拱冒型大面积来压预测

实例2,阳方口煤矿东大巷上山盘区用房柱法开采,煤层厚10 m,开采深度210 m,煤房宽8 m,煤柱宽5 m,由下往上顶板组成及其参数见附表,煤的内聚力C=10 MPa,tgφ=1.2,f=0.3, ε=2.0。

首先用公式(7)计算使煤柱破坏的覆岩厚度Hp,k=4, Hp=163 m,再用公式(8)计算q,q1=0. 22 MPa, q2= 0. 284 MPa , q3= 0. 254MPa,因为q2 >q3,所以第一组覆岩厚H=H1 H2=16.9 m,q=q2=0. 284 MPa,将H,q分别代入公式(4), (5)得Ld=133 m,Lc=468 m,所以拱冒型来压的塌陷面积A=62244 m2,为了预防大面积来压的动力成胁,该矿采区设计的范围可以6万m2为限,采区间留宽煤柱隔离,此值可作为开采参数选择的重要依据。

3.2 顶板大面积来压的防治技术与原理

分析顶板大面积来压的原因,主要是开采工作面采空区悬顶面积太大,瞬时垮落时产生强大的冲击力和暴风,破坏力极大。如何防治顶板大面积来压,许多专家、学者都做过这方面的研究。利用微震仪、地音仪和超声波地层应力仪等测试仪器来进行预测预报,以及用堵和泄的办法来预防暴风造成的危害,这无疑是防治顶板大面积来压灾害的措施之一但从主动的意义上讲,防治顶板大面积来压的基本原理是: 减小悬顶面积和能量聚积。其具体措施有两个方面,一是改变顶板岩层的物理力学性质,降低岩体的力学强度。一般可通过高压注水等措施来实现;二是改变顶板的力学条件。减小工作面顶板初次来压和周期来压的步距。可通过强制放顶的各种方法来实现。大同等矿一区的实践证明,这些措施是很有效的。

3.2.1 顶板高压注水

高压注水处理坚硬顶板是个非常方便和安全的方法,但是软化效果决定于岩石的吸水性、岩石构成和岩体的间断性。水流随着时间增大。初期的高压相应地降到稳定压力。稳定压力取决作用于对高压水流的岩层强力。浸水岩石的强度降低主要取决于节理的平均尺寸、岩石的含水能力和岩石中的粘土含量。以述参数增大,岩石强度损失也会加大。用高压将水注入岩石内,水通过空隙、裂缝和层理,扩大并加宽它们,同时还要产生新的空隙,以破坏岩体的整体性,降低岩石的强度。采煤后弱化的上覆岩经常垮落在采空区,形成采空区最小的悬顶。"para" label-module="para">

只有在易于吸水的岩层才适合使用这种方法,包括岩脉、岩块大小和吸水性的岩性在决定岩石是否能注水弱化当中起着重要的作用。这些研究有助于预测高压注水强制冒落的效果。

3.2.2 强制放顶

所谓强制放顶就是用爆破的方式人为地将顶板切断,使顶板冒落一定厚度形成矸石垫层。切断顶板可以控制顶板冒落面积,减弱顶板冒落时产生的冲击波,形成矸石垫层则可以缓和顶板冒落时形成的冲击波及暴风。为了形成垫层,挑顶的高度可按需要形成垫层的厚度进行计算。根据大同矿区实践经验,采空区中矸石充满程度达到采高个挑顶厚度之和的三分之二,就可以避免过大的冲击载荷和防止形成暴风。

强制放顶主要有以下几种:

⑴循环式浅孔放顶。

其主要作用是爆破后破坏顶板的完整性,形成矸石垫层,具体做法是每1~2个循环,在工作面放顶线上打一排钻孔,进行爆破。

⑵步距式深孔放顶。

其主要作用是切断顶板,避免大面积冒落,具体做法是在顶板周期来压前,沿工作面向顶板打两排深钻孔,爆破后在顶板内形成一道沟槽,坚硬顶板就沿这个沟槽折断。这种方法能有效的防止大面积冒顶的危险。

⑶超前深孔松动爆破。

对于综采工作面,由于在工作面内无法设置钻顶板炮眼的设备,可以在上下顺槽内分别向顶板打深孔,在工作面未到以前进行爆破,预先破坏顶板的完整性。

⑷地面深孔放顶。

对于历史上有大面积冒顶隐患的地区,目前又无法从井下采取措施时,可在采空区上方的地面打垂直钻孔,达到已采区顶板的位置,然后进行爆破,将悬露的大面积顶板崩落。这样,大面积采空的顶板切割成小块,可以减小其冒落时 的强度。

3.2.3 预防暴风的措施

主要有堵、泄两个方面的措施。

堵是留置隔离煤柱和设置防暴风密闭,把已采区和生产区隔离。

泄是通过专门泄风道,使被隔离区域与地面相通,以便将形成的暴风引出地面,避免进入生产区域。

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