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綜采工作面多次擾動巷道分階段四級高強卸壓技術

  一、技術背景

  某煤礦前期采用順序回采、留30m煤柱雙巷掘進接續方式,2-1煤層一盤區21103工作面為該盤區第2個工作面,在21102工作面開采時集中靜載為主導的超前支承壓力和后方采空區強動載為主導的頂板動壓這兩次擾動應力作用下,21102輔運巷(21103回風巷)局部圍巖已經發生嚴重損傷導致抗沖擊能力顯著降低;21103工作面開采時,受側向采空區厚硬頂板懸頂的影響,臨空側30m寬煤柱內積聚了大量壓縮彈性能,受移動超前支承壓力、硐室及聯巷周邊集中應力的影響,寬煤柱內靜載荷水平進一步升高,在頂板斷裂等強動載作用下,很可能發生沖擊顯現事件。

  基于此,技術人員研究提出了一種分力源組合式四級卸壓方法,對綜采工作面二次擾動巷道進行預卸壓施工,確保了工作面安全生產。

  二、研究內容

  1.技術方案

  該成果通過對21103工作面回風巷大變形-沖擊破壞機理進行深入剖析,找準誘發力源,提出了分力源組合式四級卸壓方法對21103工作面回風巷進行預卸壓施工,確保工作面的安全生產。

  2.機理分析

  根據綜采工作面回采期間礦壓監測及現場實測數據分析得出臨空巷道沖擊地壓發生機理:臨空巷道圍巖受多次強擾動,集聚大量靜載荷,工作面回采時,受移動超前支承壓力、硐室及聯巷周邊集中應力的影響,寬煤柱內靜載荷水平進一步升高,在頂板斷裂等強動載作用下,極易形成沖擊地壓顯現事故。

  3.四級卸壓方法

  如圖1所示,針對21103回風巷圍巖高靜載、強動載、大蠕變特點,設計采用由上至下分階段四級高強卸壓方法:一是超前頂板水力壓裂鉆孔卸壓;二是煤層大直徑鉆孔卸壓;三是周期性爆破卸壓;四是超前高強度起底卸壓。具體如下:

  圖1 施工示意圖

  (1)超前在21103回風巷沿工作面走向施工頂板水力壓裂孔,一方面切斷臨空巷道上覆堅硬巖層,降低采空區側向支承壓力對臨空巷道的影響;另一方面將堅硬厚層砂巖頂板通過切縫壓裂分層,降低了頂板的蓄能能力,減小了堅硬厚層頂板難垮落、易造成大面積來壓的風險。

  (2)在21103回風巷超前工作面300m范圍施工煤層大直徑鉆孔,一方面釋放煤層中積聚的靜載荷,以緩解或消除工作面超前范圍礦壓顯現,降低巷道沖擊危險;另一方面受工作面超前采動影響,動壓顯現時,通過對大直徑鉆孔孔壁的擠壓、破裂、密實過程釋放掉一部分沖擊能量,降低沖擊危險程度。

  (3)采取周期性爆破卸壓措施,一方面破壞堅硬煤巖體的儲能結構,釋放煤巖體積聚的彈性能,使煤體中高應力向遠場轉移,另一方面爆破產生的次生裂隙會對應力的再次積聚形成一個延緩作用。

  (4)對回風巷采取“二次起底”超前主動釋放底板中積聚的能量:“一次”超前單體外段高強起底卸壓,釋放底板中積聚的靜載荷,同時滿足行人運料;“二次”超前單體前起底卸壓,平均起底0.4m,保證巷道高度在2.2m以上。確保超前單體支護及通風行人需要。

  3.工藝流程

  圖2 工藝流程

  三、應用效果

  該成果投入使用后,104J以上能級微震事件時現場出現顯現破壞事件的概率由10.5%降至1.2%,大大提高了綜采工作面回采期間的安全系數。

  每月需額外消耗工程費用及人工費75.89萬,每月提高產能5.9Wt,凈利潤284萬余元。

  該技術成果適用于所有井工煤礦中礦壓大、顯現較為明顯的綜采回采巷道。

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