所谓的煤矿动压现象就是指煤矿井下进行开采过程中, 积聚大量弹性能的煤、岩体在高应力状态下突然冒落或抛出, 释放巨大的能量, 产生声响、震动、气浪等显著的动力效应。由于它具有突发的特点, 因而容易造成煤矿开采过程中的严重灾难。煤矿动压现象的两种具体表现形式就是回采工作面和采区巷道顶板压力现象。
1 回采工作面和采区巷道顶板动压力现象成因及主要类型
煤矿回采工作面和采区巷道顶板压力主要分为静压现象和动压现象两种类型, 本文主要探讨的是动压现象。
综合成因、表现形式及形成机理几个方面可以将煤矿的动压分为冲击矿压、煤及瓦斯突然喷出和顶板大面积来压三类。
冲击矿压是指在高应力作用下煤或岩体聚集了大量的弹性变形能, 采掘工程接近该处时, 由于部分岩体接近极限平衡状态, 再加之爆破等诱发因素, 导致力学系统的平衡突然的破坏, 瞬时发生煤岩体脆性破坏, 突然释放积聚的弹性变形能, 产生声响、冲击波, 大量煤或岩块等被抛出的动压现象。
煤和瓦斯突然喷出是由于高应力作用下积聚能量和富含瓦斯的承压作用的结果, 当开采工作接近时, 由于各种诱发因素的作用, 致使弹性变形能和承压瓦斯的释放, 形成煤和瓦斯的喷出。
顶板的大面积来压是指当顶板下部的暴露面积由于煤体的采空达到一定限度时, 在自重的作用下, 弯曲应力超过极限应力导致顶板裂缝延伸到贯穿该岩层时, 产生的顶板大面积突然塌落的现象。顶板垮落时由于瞬间已采空间气体被排出产生的“暴风”、自重的冲击力和部分顶板弯曲变形聚集的弹性变形能的释放的综合作用, 往往发生岩体破坏和巨大声响等矿压现象。
综上所述, 可以看出三种动压现象都是由于能量释放导致的动压出现, 是一定条件作用下引起的突发破坏的现象, 其中冲击矿压和顶板的大面积来压是矿山压力作用的结果, 而煤和瓦斯突然喷出是矿山压力和承载气体综合作用的结果。
2 煤矿动压现象实例分析
结合枣庄矿区的生产实际, 对回采工作面和采区巷道顶板动压力的现象加以介绍, 并说明其解决的对策。
2002年1月份, 该矿区付煤公司综掘施工的-500三上煤层205开切眼, 巷道掘进过程中由于靠近大断层, 顶板动压明显。设计的切眼长度为200mm, 煤层厚3.8m~5.0m (全煤工作面) , 巷道倾角10°~15°, 宽4.2m, 全煤综掘机施工, 现已施工120m。巷道采用锚网网梯支护, 顶板采用Φ1 8 m m×2200mm螺纹钢锚杆配菱形金属网及锚索联合支护, 护帮采用Φ18mm×1800mm树脂锚杆加Φ12mm金属网联合支护。边向前掘进施工边打设顶帮支护, 顶板在离工作面始端往后3 m左右时出现缓慢下沉的现象, 顶板锚杆及锚索铁托盘变形严重, 个别锚索断裂, 一个月内顶板的高度最大下沉300mm~520mm, 顶板经常发出宏大的岩层断裂的声响, 随着掘进机的割煤工作面的煤体经常抛出200mm~300mm远, 深部地层、断层破碎带周围岩体中产生的冲击地压对工作面的安全生产造成严重的影响。为了改善动压的影响, 该矿采用了打设密集圆木点柱联合支护方式和局部加打工字钢单体棚子, 取得了很好的效果。
2005年4月, 在该矿区某矿南翼二采区209工作面, 初次对老顶放顶过程中, 造成采空区悬顶面积过大, 倾斜长120m, 走向长150m, 老顶没有垮落, 没有人工强行放顶, 当大面积来压时, 瞬间形成“暴风”, 造成回采工作面局部单体断裂倒下, 巷内2名工人撞击巷帮身亡。发生这起放顶事故后, 该矿采取了深孔爆破技术, 强制对坚硬顶板进行放顶, 取得成功, 解决了极坚硬顶板放顶问题, 消除了回采工作面顶板大面积来压带来的危害。
3 回采工作面和采区巷道顶板动压力现象解决的具体对策
通过对煤矿动压现象的实例分析, 要想解决回采工作面和采区巷道顶板动压力现象的破坏问题, 可以从下面三个方面入手。
3.1 做好矿压观测工作
(1) 准备工作。确定观测项目和观测地点;严格培训观测队伍, 明确矿压观测方法、目的和意义;预备好观测仪器。
(2) 现场观测时, 做好资料的收集整理。为了及时了解工作面的矿压动态, 每天应对观测得到的数据和资料进行整理、分析和研究, 及时发现问题并纠正, 做好顶板来压的预报工作。
(3) 观测工作的总结。全部观测工作结束后, 必须对所有的观测数据进行归类和分析, 总结出观测工作面的矿山压力规律, 对工作面支护的措施提出改进措施, 形成观测报告。
3.2 做好瓦斯抽放工作
治理瓦斯的最基本的工作就是瓦斯抽放, 为了确保煤矿安全生产, 有效改善和解决煤和瓦斯突出的动压显现现象, 瓦斯抽放工作必须做到先抽后采, 抽采结合, 抽采达标, 将瓦斯体积分数从根本上降低。
3.3 做好顶板来压预报工作
(1) 实时观测顶板下沉速度的变化, 根据其特点进行来压预报。工作面无工序时, 若顶板下沉速度接近或者超过临界值时, 就应该发出顶板来压预报。
(2) 根据工作面前方顶板反弹现象进行顶板来压预报。设置顶板下沉观测点, 实时观测, 当出现老顶断裂, 而巷道顶板上升较小的现象时, 巷道内出现反弹一段时间后, 必然出现工作面顶板来压现象。
(3) 根据回采工作面顶板下沉量进行顶板来压预报。这是由于顶板下沉量与平时相比, 工作面顶板来压时要大的多。
(4) 顶板来压预报的参考指标。可以将回采工作面的其他矿山压力的显现作为预报的参考指标, 如顶板断裂的响声、煤壁片帮程度、采煤机割煤时的煤尘大小及顶板的破碎度变化等。
4 结语
回采工作面和采区巷道顶板动压力现象给煤矿的安全生产带来重大的影响, 必须加以控制和解决, 文中从做好矿压观测工作、瓦斯抽放工作和顶板来压预报工作三个方面具体的论述了解决这一问题的对策。
摘要：本文首先对回采工作面和采区巷道顶板动压力的现象的成因以及主要的类型进行了分析, 然后结合煤矿井下的生产实际, 提出了几点解决回采工作面和采区巷道顶板动压力现象的具体对策, 可以使顶板动压力现象得到有效的改善。
关键词：回采工作面,顶板,动压力,对策
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