深部开采复杂动力现象分析及其防治

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1、煤炭工程2010年第7期深部开采复杂动力现象分析及其防治李化敏，韩俊效，熊祖强，王文(河南理工大学能源学院，河南焦作454003)摘要：文章对平煤十二矿三水平回风下山复杂动力现象发生的条件和机理进行深入分析，揭示了深部开采条件下动力现象的复杂性，并提出了掘进工作面瓦斯抽放与钻孔卸压防治措施，取得了良好的效果，保证了安全生产。关键词：深部开采；冲击地压；煤与瓦斯突出中图分类号：TD823．84文献标识码：B文章编号：1671—0959(2010)07-0040-02平回风下山巷道掘进位置处于瓦斯突出危险区。从突出发1工程概

2、况生前瓦斯及突出检验、突出发生过程、突出现场无风流痕十二矿己七三水平回风下山位于己七采区下部，南接迹、突出发生后瓦斯涌出量的变化，以及动力现象引起的二期回风下山下部，北至李口向斜轴部附近。该工作面设巷道围岩变形破坏特征表明，本次动力现象不是一次普通计长度1800m，标高一590～一820m，巷道埋深为890～的煤与瓦斯突出。1100m。巷道布置在己15煤层之中，上邻己l4煤层，己142．2冲击条件分析煤层没有开采价值，下邻己16—17煤层均未开采。三水平回风下山掘进位置巷道埋深约1100m，巷道处巷道位置接近李口向斜轴部

3、，煤岩层走向105。，倾向于李口大向斜翼部下段，受构造应力影响严重，根据测算，15。，煤岩层倾角范围为8。一20。，平均12。。煤层赋存稳该处巷道的原岩应力中垂直应力为O-=30MPa，最大水平定，平均煤厚3．58m，煤层节理裂隙较发育，煤的破坏类应力大于盯⋯=40MPa。考虑到巷道开挖后围岩应力重新型为II～IⅡ类；煤的坚固性系数，=0．4～1．5。煤层瓦斯含分布，引起应力集中，巷道周边最大应力可超过80MPa以量18～25m／t，煤层瓦斯压力2．8mPa，绝对瓦斯涌出量上，围岩处于高应力状态。该煤层顶板为层厚7．8m

4、的较坚1．7～4m／min。煤层直接顶为深灰色砂质泥岩，厚度约7—硬致密砂质泥岩，同时，煤层干燥而呈脆性，由冲击地压12m，复合顶板约1．3m厚；煤层底板为灰黑～黑色砂质泥的强度理论，巷道掘进过程中围岩可能达到或超过煤岩体岩，内含植物化石碎片，厚度约1．5m。的强度极限；脆性的巷道围岩具有冲击倾向性，高应力和煤层顶底板透气性差，泥岩呈脆性，煤层干燥，塑性硬脆的围岩必然满足冲击地压能量条件。差。相邻的三水平胶带下在沿I2灰岩施工到约950m时，根据本矿三水平胶带下山曾发生岩爆的资料显示，岩发生有较强烈岩爆现象。2005年6

5、月29日零点班3点47爆发生在I2灰岩中。经过统计自2004年8月5日8点50分放炮后在避难硐室内听到三声煤炮声，监测机房显示瓦分至2005年4月6日17点40分共发生岩爆124次。且发斯超限，迎头9．9％，回风9．9％，计算瓦斯涌出量达到1605m。生岩爆的地点大部分在巷道的左帮和迎头方向。据此判定地应力的主应力方向在巷道迎头的左前方，这与该矿发生2动力现象发生机理分析冲击地压位置的巷道埋深和地应力的主应力方向比较一致。因此，可以认为开挖过程中，煤岩体处于极限应力状2．1瓦斯条件分析态，即该段巷道具有冲击危险性。三水平

6、回风下山布置在己15煤层之中，正常煤层为原2．3动力现象机理分析生结构煤，煤的破坏类型为II—III类，局部为Ⅳ类，煤层节理比较发育。煤层顶板为深灰色砂质泥岩，底板为黑色为了探讨动力现象发生机理，可以将围岩系统视为顶泥岩，透气性较差，煤层瓦斯含量约18～25m／t，掘进过板、底板、煤层组成的力学体系。煤层中开掘的巷道可视程中绝对瓦斯涌出量1．7—4m／min。在巷道掘进到距开口为被顶底板夹持弹性体。从极限平衡的意义上来看，煤体570m位置时，由于受煤层顶板数条裂隙的影响，形成突出夹持出现于高应力作用的掘进头，煤体夹持作用

7、产生力学条带，造成瓦斯相对富积，突出危险性增大。因此，三水效应：①在顶板岩层和煤层中储存有相当高的弹性能；②收稿日期：2010—01—01作者简介：李化敏(1957一)，男，河南南阳人，教授，现任河南理工大学能源科学与工程学院副院长。2010年第7期煤炭工程高压带和弹性能积聚区位于巷道周边的应力集中带；③顶施工方向夹角30。并且紧跟迎头；巷道右帮每架施工一个卸底板岩体和煤层处于极限平衡状态；④煤层系统失稳是由压孔，与巷道施工方向夹角45。。卸压孔孑L深lOm，孔径于顶板弯曲断裂释放的弹性能引起。89ram。左帮卸压孔布置

8、：上一个孔开口孔距煤层顶板上述四点表明，在煤体稍有扰动时，可能导致煤体破0．5m，下一个孔开口距煤层顶板1．Om；右帮卸压孔布置：裂。在动载荷作用下，煤体内部产生附加应力，并导致系开孔距煤层顶板0．5m。卸压孔位置示意图如图1。统失稳。在高原岩应力作用下，煤岩系统积聚大量弹性能，处在掘进头处的煤体在顶底板岩层的夹持作