應力集中區(qū)防突方案在10煤掘進中的應用

應力集中區(qū)防突方案在10煤掘進中的應用
汪宏偉,丁江海
（恒源煤電公司 臥龍湖煤礦，安徽，淮北，235157）
摘 要： 通過對突出機理的分析，形成了應力集中區(qū)的概念，提出了應力集中區(qū)防突方案，為高應力巷道掘進施工安全提供了借鑒。
關鍵詞： 應力集中，卸壓，鉆孔。

臥龍湖煤礦位于淮北煤田的西部，為煤與瓦斯突出礦井，礦井可采煤層四層，分別為6、7、8、10煤，均為突出煤層。礦井采用立井、主要石門和大巷開拓方式，采用一個水平上、下山南北翼開采，其中南一采區(qū)可采煤層10煤，北一采區(qū)可采煤層6、7、8煤。礦井通風方法為中央并列式，通風方式為抽出式。礦井設置了地面永久抽采系統(tǒng)，綜合抽放能力達到905m3/min。
一、方案出臺背景
臥龍湖煤礦10煤層全區(qū)受火成巖侵蝕，僅南一采區(qū)10煤層可采，煤層大都變質為天然焦。10煤層屬于II類破壞類型煤層，瓦斯放散初速度△p為19.06mmMg，堅固性系數(shù)f為1.54，瓦斯壓力為0.4~3.7MPa，瓦斯含量為11.34m3/t，10煤層的透氣性系數(shù)為0.02m2/（MPa2•d）。
10煤層在生產過程中發(fā)生過兩次突出事故。2006年1月6日在101風聯(lián)巷F5點前12m掘進過程中發(fā)生突出，突出點標高為-555m，突出煤量37t，突出瓦斯量10000m3。

2008年8月12日在105上提機巷掘進過程中發(fā)生突出，突出點標高為-429m，突出煤量29.5t，突出瓦斯量3361.2m3。

二、應力集中區(qū)防突方案
1、應力集中區(qū)劃分
從突出點的位置可以看出，兩次突出點都位于巖漿巖侵蝕邊緣。受巖漿巖侵蝕影響，煤層結構受到破壞，煤層賦存不穩(wěn)定；侵蝕區(qū)瓦斯賦存形態(tài)發(fā)生變化，大量的吸附狀態(tài)瓦斯轉變成游離狀瓦斯存在于煤體中，形成局部瓦斯富集區(qū)，在采掘活動的影響下發(fā)生突出事故。通過對兩次突出事故的分析，將地質構造帶（斷層、褶皺、煤層起伏、火成巖侵蝕等）附近40m范圍、巷道貫通點附近30m確定為應力集中區(qū)。
2、應力集中區(qū)防突方案
當煤巷掘進至應力集中區(qū)附近時，必須采取相應的措施，對應力進行釋放。釋放應力的方法有很多，結合礦井實際，主要采取超前鉆孔。超前鉆孔的機理是在煤巷掘進工作面前方和側面始終保持一定數(shù)量的抽放瓦斯鉆孔，在鉆孔周圍形成卸壓區(qū)。
（1）巷道貫通防突方案
步驟一：
當巷道施工至距離貫通點60m前，停止巷道施工，上鉆機施工抽采鉆孔。鉆孔要控制到巷道前方60m，控制到巷道輪廓線外15m，抽采半徑取1.5m，孔徑108mm。為確保應力被充分釋放，鉆孔開孔位置要上下錯茬（根據煤層厚度劃分如下：小于1.3m的薄煤層開孔為一排；1.3m～2.5m的煤層開孔為兩排；大于2.5m的煤層根據巷道條件開孔為三排。）且要保證巷道中間至少有兩個抽采鉆孔，充分釋放應力。巷道允許進尺必須保證30m的措施孔超前距。

步驟二：
當巷道施工至距離貫通點30m前，停止巷道施工，上鉆機施工抽采鉆孔。鉆孔控制到巷道前方30m，控制到巷道輪廓線外30m。巷道輪廓線外8m范圍之內抽采半徑為1m，巷道輪廓線外8m～30m范圍之內抽采半徑為1.5m，鉆孔孔徑108mm。為確保應力被充分釋放，鉆孔開孔位置要上下錯茬，且保證巷道中間至少有兩個抽采鉆孔，充分釋放應力。

（2）地質構造帶附近掘進防突方案
巷道鄰近地質構造帶應力集中區(qū)范圍時（地質構造帶輪廓線外40m的影響范圍），首先必須設計探查鉆孔對地質構造帶進行探查，探查采用全取芯鉆孔，探明地質構造帶的賦存狀況以及影響范圍。當巷道掘進至應力集中區(qū)時，必須停頭施工抽采鉆孔。鉆孔控制到巷道前方30m，控制到巷道輪廓線外30m。巷道輪廓線外8m范圍之內抽采半徑為1m，巷道輪廓線外8m～30m范圍之內抽采半徑為1.5m，鉆孔孔徑108mm。為確保應力被充分釋放，鉆孔開孔位置要上下錯茬，且要保證巷道中間至少有兩個抽采鉆孔。巷道進尺必須保留10m的措施孔超前距。
三、效果分析
應力集中區(qū)防突鉆孔在巷道輪廓線15m范圍內噸煤鉆孔量達到0.2，通過增加鉆孔工程量，強化卸壓抽采，成功解決了高應力巷道貫通、地質構造帶掘進施工的安全問題。

作者簡介：汪宏偉（1974—），男，安徽歙縣人，助理工程師，1995年畢業(yè)于山西大同煤炭工業(yè)學校，現(xiàn)任恒源煤電臥龍湖煤礦通防管理部部長。

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