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      工作面沖擊地壓危險性分析

      2018-01-31 09:47:58
      山西化工 2017年6期
      關(guān)鍵詞:傾向性煤巖危險性

      杜 忠

      (山西汾西礦業(yè)集團水峪煤業(yè),山西 孝義 032300)

      1304工作面開采深度達(dá)到440 m,為了確定其沖擊危害的程度,通過實驗室對煤巖樣品進行應(yīng)力測定;對頂板巖性、采深影響、圍巖構(gòu)造等因素引起沖擊威脅的可能性進行分析,分析結(jié)果表明,1304工作面具有弱沖擊危害。但是采用綜合指數(shù)法對工作面沖擊危險性進行評價,評價結(jié)果表明,1304工作面具有強沖擊威脅,其中的開采技術(shù)因素是工作面沖擊危險主要原因,工作面周圍的采空區(qū)及其位置附近的斷層起主要影響作用。工作面在開采過層中應(yīng)加強在靠近采空區(qū)及斷層處的安全管理。

      沖擊地壓;斷層;危險性評價

      1 工程概況

      1304工作面開采3下煤層,工作面處于-518 m水平,地面標(biāo)高平均+34.64 m。3下煤層平均厚度6.05 m,煤層傾角0°~8°,平均5°,層里結(jié)構(gòu)簡單。工作面頂?shù)装迩闆r見表1。

      表1 工作面頂?shù)装迩闆r

      直接充水含水層煤3下頂板砂巖,最大導(dǎo)高范圍內(nèi)(96.2 m)頂板砂巖厚22.31 m~38.57 m,平均厚度30.86 m。

      由于采空區(qū)積水距1304工作面較遠(yuǎn)(最小距離188 m),1304工作面標(biāo)高-408.4 m~-380.1 m,故采空區(qū)積水對回采無影響。掘進期間工作面兩順槽、切眼及聯(lián)絡(luò)巷共有18條正斷層,頂板裂隙發(fā)育,沿裂隙面出現(xiàn)涌水,最大為25 m3/h,其余所揭露的斷層均未出現(xiàn)明顯涌水現(xiàn)象。預(yù)計回采期間涌水形式為頂板淋水及采空區(qū)涌水,以采空區(qū)涌水為主。

      1304工作面回采過程中正常涌水量40 m3/h~60 m3/h,最大涌水量150 m3/h。

      1304工作面位于1301、1302、1303工作面南面,輔順原則根據(jù)JF62斷層確定,膠順根據(jù)KFl7斷層和風(fēng)氧化帶確定,切眼的位置由KFl7斷層確定。

      根據(jù)六采區(qū)南部區(qū)域煤層的賦存情況,結(jié)合現(xiàn)有的巷道布置,確定開采六采區(qū)南部區(qū)域煤層利用原六采區(qū)新增輔運巷、六采區(qū)南部邊界巷作為輔助運輸、進風(fēng)之用。在六采區(qū)新增輔運巷以西40 m再布置一條新增膠帶巷,用作回風(fēng)、煤流運。

      2 煤層和圍巖沖擊傾向性判別

      2.1 沖向性測定

      為確定工作面煤層和其圍巖的沖擊傾向性,本文在1304工作面的煤層和巷道中取樣,并制作成圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣。在巖石力學(xué)實驗室進行煤巖的物理力學(xué)性質(zhì)測定,并得到其沖擊傾向性[1-2]。

      由測定結(jié)果可知,3下煤動態(tài)破壞時間53.81 ms、單向抗壓強度15.87 MPa、沖擊能指數(shù)4.82、彈性能指數(shù)4.55??梢哉J(rèn)為該工作面煤樣具有弱沖擊傾向性[3]。

      巖層的沖擊傾向性評定按照我國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石沖擊傾向性分類及指數(shù)的測定方法》MT/T 866-2000,由實驗室?guī)r樣實驗得出的結(jié)果進行評價。1304工作面頂板巖層的彎曲能量指數(shù)為14.05 kJ,評定該層煤的頂板巖層為具有弱沖擊傾向性[4]。

      2.2 煤巖沖擊動力現(xiàn)象

      礦井自正式投產(chǎn)以來,從2003年開始,六采區(qū)的幾個工作面煤巖多次發(fā)生沖擊地壓情況,尤其是2004年,6303工作面開采進行到1290.5 m時,工作面煤壁前方巷道突然出現(xiàn)沖擊礦壓的情況,巨大的聲響之后,巷道內(nèi)充滿煤塵,煤幫瞬間突出1.8 m左右。2005年,6303工作面再一次出現(xiàn)沖擊礦壓情況,巨大的響聲之后巷道內(nèi)充滿煤塵,煤壁前11.6 m~47.0 m處煤幫突出200 mm~900 mm不等,井巷頂板下沉500 mm左右,底板鼓起250 mm~600 mm,破壞單體支柱27根,破壞十字頂梁15個。之后,6303工作面巷道又出現(xiàn)了幾次小型的沖擊礦壓,給工作面安全高效生產(chǎn)帶來了很大威脅。

      3 工作面沖擊地壓主要影響因素分析

      3.1 頂板巖性

      1304工作面直接頂?shù)膸r性是粉砂巖,厚度大約1.4 m,基本頂巖性為細(xì)砂巖及中砂巖,厚度大約在20.8 m。底板巖性為泥巖、粉砂巖,厚度約為3.7 m。如果頂板為堅硬厚層砂巖,則其容易出現(xiàn)懸頂情況,尤其是在頂板破碎滑脫過程中,產(chǎn)生大量的彈性能,彈性能突然劇烈釋放可造成劇烈震動,有可能形成地質(zhì)災(zāi)害[5]。

      沖擊地壓危險會在頂板為堅硬、厚層砂巖時增高。在1304工作面堅硬、厚層砂巖距煤層的距離大約為21 m,其小于50 m,沖擊危險指數(shù)為3。頂板巖層厚度特征參數(shù)Lst計算見式(1):

      Lst=∑hiri

      (1)

      式中:hi為頂板第i種巖層的總厚度,m;ri為巖層的弱面遞減系數(shù)。

      由公式(1)可知,頂板巖層厚度特征參數(shù)Lst=∑hiri=1.4+20.8=22.2。由于頂板巖層厚度特征參數(shù)小于50,可知,其沖擊地壓危險指數(shù)為0。

      3.2 采深的影響

      1304工作面采深約為440m。根據(jù)大量實踐資料說明,開采深度小于或者等于350m時,通常沒有沖擊地壓危險,因為此時煤巖體中聚集的彈性能較??;開采深度在350m~500m時,煤巖體中聚集了較高的彈性能使之具有一定的幾率會發(fā)生煤巖沖擊,沖擊可能性系數(shù)會增加。從上述條件可知,1304工作面有可能出現(xiàn)沖擊地壓的情況。

      3.3 煤的沖擊傾向性

      煤體的沖擊傾向性可以作為煤體出現(xiàn)沖擊破壞強弱的一種評定標(biāo)準(zhǔn),因煤體的沖擊地壓傾向是其的物理性質(zhì),是煤自身就擁有的、內(nèi)在的性質(zhì)[4],所以,煤體的傾向性越大出現(xiàn)沖擊的概率就越大,煤體的傾向性越小出現(xiàn)沖擊地壓的概率就越小。經(jīng)過實驗室對煤巖樣的測定可知,1304工作面的煤和煤巖的沖擊地壓傾向性危險結(jié)果見表2、表3。

      表2 1304工作面煤樣沖擊傾向性結(jié)果

      表3 1304工作面煤巖混合沖擊傾向性結(jié)果

      1304工作面煤厚在2.0m~7.2m,煤厚變化較大,煤厚及其幅度與沖擊地壓傾向性密切相關(guān),煤厚變化上下幅度越大,沖擊地壓傾向性就越高,就越容易發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害[5]。所以,該工作面沖擊地壓傾向性受到的煤厚及其幅度變化因素影響較高。

      3.4 構(gòu)造影響

      1304工作面煤層趨勢為南高北低,軸向NS,幅度7m。1304工作面采掘期間探測出共有正斷層17個,其密度是278條/km2,斷層的孕育主要是NNW方向,有79%左右,然后是SEE方向,有21%左右。有幾個代表性的斷層位置如第128頁圖1,這部分?jǐn)鄬訉黾庸ぷ髅鏇_擊危險性概率。斷層會引起回采范圍內(nèi)的應(yīng)力構(gòu)造集中。

      3.5 開采因素影響

      輔順臨近3個工作面的采空區(qū),形成的煤柱寬度從25m~48m不等,通過數(shù)值模擬及圍巖移動情況分析,煤柱的存在可導(dǎo)致煤巖體應(yīng)力集中,增大了沖擊礦壓發(fā)生的可能性。

      圖1 工作面內(nèi)斷層分布

      4 綜合指數(shù)法對工作面沖擊危險性評價

      4.1 自然地質(zhì)條件確定的沖擊礦壓危險性評定指數(shù)及評價

      通過1304工作面影響因素可知,如表4所示由地質(zhì)因素得到的沖擊地壓危險性指數(shù)。

      表4 自然地質(zhì)條件確定的沖擊礦壓危險性評定指數(shù)

      由1304工作面地質(zhì)因素的沖擊地壓危險性指數(shù),可知其有中等沖擊危險性。影響沖擊危險的重要因素為煤的沖擊傾向性、煤層距堅硬頂板的距離、回采范圍內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力集中。

      4.2 開采技術(shù)條件確定的沖擊礦壓危險性評定指數(shù)及評價(見表5)

      根據(jù)1304工作面開采技術(shù)條件的沖擊地壓危險性指數(shù),可知其有強沖擊危險。影響沖擊危險的重要因素是工作面附近的采空區(qū)及工作面附近有斷層并且和斷層比較近。

      4.3 綜合指數(shù)確定及評價

      由綜合分析認(rèn)為,1304工作面沖擊礦壓危險性為強沖擊,由沖擊危險指數(shù)可知,其中的開采技術(shù)因素是工作面沖擊危險主要原因,工作面周圍的采空區(qū)及其位置附近有斷層起主要影響作用。

      5 結(jié)論

      本文通過實驗室對煤巖樣測試,鑒定其沖擊傾向性強弱,結(jié)果為,煤體為弱沖擊,頂板為弱沖擊;描述了礦井已經(jīng)發(fā)生的沖擊地壓動力現(xiàn)象,表明沖擊地壓現(xiàn)象對工作面的安全生產(chǎn)帶來了很大的威脅。

      分析了1304工作面的沖擊因素。自然地質(zhì)條件的主要影響因素為煤層的沖擊傾向性、煤層距堅硬頂板的距離、回采范圍內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力集中。開采技術(shù)條件的主要影響因素為工作面附近的采空區(qū)及工作面和斷層較近。

      1304工作面地質(zhì)和開采條件因素影響下的沖擊危險性指數(shù)分別為,具有中等沖擊危險性和具有強沖擊危險性。由綜合分析,認(rèn)為1304工作面沖擊礦壓危險性等級為強沖擊。

      [1] 王存文,姜福興,劉金海.構(gòu)造對沖擊地壓的控制作用及案例分析[J].煤炭學(xué)報,2012,37(S2):43-46.

      [2] 侯瑋,霍海鷹.“C”型覆巖空間結(jié)構(gòu)采場巖層運動規(guī)律及動壓致災(zāi)機理[J].煤炭學(xué)報,2012,37(S2):76-79.

      [3] 于正興,姜福興,桂兵.沖擊地壓危險性的宏觀評價方法在“孤島”工作面的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2011,38(5):142-145.

      [4] 張志鎮(zhèn),高峰,許愛斌.沖擊地壓危險性的集對分析評價模型[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,40(3):364-367.

      [5] 陳國祥,郭兵兵,竇林名.褶皺區(qū)工作面開采布置與沖擊地壓的關(guān)系探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010(10):132-135.

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