煤礦頂板大面積來壓控制

煤礦頂板大面積來壓控制一、頂板大面積來壓現(xiàn)象及特征頂板大面積來壓主要是由于堅(jiān)硬頂板被采空的面積超過一定的極限值，引起大面積冒落而造成的劇烈動壓現(xiàn)象。頂板大面積來壓時，一次冒落的面積少則幾千平方米，多則可達(dá)幾萬甚至十幾萬平方米。二、頂板大面積來壓的成因和機(jī)理頂板大面積來壓是由堅(jiān)硬巖層大面積冒落而形成的。如砂巖和礫巖層等，其單向抗壓強(qiáng)度可達(dá)8.0~16.0kN/cm2，甚至達(dá)20.0kN/cm2。這些巖層一般為厚層整體結(jié)構(gòu)，巖體中的層理、節(jié)理和裂隙都不發(fā)育。這些堅(jiān)硬巖層有的直接覆于煤層上面，有的在煤層之間有一薄層強(qiáng)度較小的巖層。由于直接覆于煤層之上的頂板巖層堅(jiān)硬，在回來工作面初采時，頂板初次垮落步距可達(dá)50~70m，甚至達(dá)100m以上。為了避免初次來壓形成的危害，常常用刀往法進(jìn)行開采，即當(dāng)回采工作面推進(jìn)一定距離，在采空區(qū)留一段煤柱支撐頂板。這樣，看起來對一個采場似乎是安全的，但隨著采空面積的增加，上覆巖層的壓力將主要由留下的煤拄承擔(dān)。結(jié)果常由于煤柱本身的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化(蠕變)，喪失了對頂板的支承能力。由實(shí)踐中得知，當(dāng)煤校文撐面積與采空面積之比低于30％時，這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，易于形成大面積來壓現(xiàn)象。從能量積聚的條件來看，堅(jiān)硬頂板在破斷前彎曲下沉，使前方的煤巖體積聚大量的彎曲彈性能。在破斷過程中，若條件充分，必將突然釋放，發(fā)生煤的彈射或突出和破壞巷道等沖擊礦壓現(xiàn)象。圖10-4堅(jiān)硬頂板前后活動機(jī)理圖三、頂板大面積來壓的防治措施頂板大面積來壓的預(yù)兆及測定1．預(yù)兆大面積來壓的預(yù)兆主要表現(xiàn)為，頂板斷裂聲響的頻率和音響增大；煤幫有明顯受壓和片幫現(xiàn)象；底板出現(xiàn)底鼓或沿煤柱附近的底板發(fā)生裂縫；巷道超前壓力較明顯；工作面中支柱載荷和頂板下沉速度明顯增大；有時采空區(qū)頂板發(fā)生裂縫或淋水加大，向頂板中打的鉆孔原先流清水，后變?yōu)榱靼缀隣畹囊后w，這是斷裂塊巖互相間摩擦形成的巖粉與水的混合物。2．測定與預(yù)報(bào)大面積來壓的測定原理與沖擊礦壓相同，可用微震儀、地音儀和超聲波地層應(yīng)力儀等進(jìn)行量測巖層斷裂時的脈沖信號。根據(jù)上述頂板大面積來壓的機(jī)理，厚堅(jiān)硬巖層的破壞過程，長的在來壓前數(shù)十天即出現(xiàn)聲響和其他異?，F(xiàn)象，短的在來壓前幾天，甚至幾個小時也出現(xiàn)預(yù)兆。因此，根據(jù)儀器量測的結(jié)果和結(jié)合歷次來壓預(yù)兆的特征，可以對大面積來壓進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免造成災(zāi)害。頂板大面積來壓的防治措施頂板大面積來壓主要的危險(xiǎn)是由頂板冒落而形成的沖擊荷載和暴風(fēng)。防止和減弱其危害的基本原理是，改變巖體的物理力學(xué)性能，以減小頂板懸露和冒落面積，以及減小頂板下落高度，以降低空氣排放速度。具體的辦法可有以下幾種。1．頂板高壓注水頂板注水可以起軟化頂板，增多和擴(kuò)展裂隙，以及潤滑弱面等作用。其主要機(jī)理是，注水后能溶解頂板巖石中的膠結(jié)物和部分礦物；減小層問粘結(jié)力；高壓水可以形成水楔，擴(kuò)大和增加巖石中的裂隙弱面。故注水后巖石的強(qiáng)度將顯著降低。如四老溝礦二號層粘土膠結(jié)的砂巖的注水試驗(yàn)，浸水6~9d后的巖石抗壓強(qiáng)度軟化系數(shù)為0.39~0.49，平均為0.43。若浸入2~8%的鹽酸溶液，效果更佳。浸水時間越長，軟化系數(shù)也越低。2．強(qiáng)制放頂用爆破的方法人為地將頂板切斷，并使頂板冒落形成殲石墊層。切斷頂板可以控制冒落面積，減弱頂板壓力和冒落時產(chǎn)生的沖擊載荷；形成墊層可以緩和冒落時產(chǎn)生的暴風(fēng)。為了形成墊層，放頂?shù)母叨瓤砂葱纬蓧|層的厚度進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采空區(qū)中矸石充滿程度達(dá)到來空和放頂高度之和的2/3，就可以避免過大的沖擊載荷和防止形成暴風(fēng)。據(jù)此，放頂高度可按下式計(jì)算。（10-3）式中，H為爆破后形成巖塊的碎脹系數(shù)，M為采高。強(qiáng)制放頂方法有以下幾種：1)“循環(huán)式”淺孔放頂。對周期來壓不很嚴(yán)重的頂板，每1~2個循環(huán)在工作面放頂線上打1.8!~3.0m深的一排鉆孔，眼距1~5m，孔徑35mm，傾角65°~70°，裝藥量150g。其主要作用是，爆破后破壞頂板的完整性，形成矸石墊層。2)“步距式”深孔放頂。對來壓規(guī)律性強(qiáng)，掌握其來壓步距又較準(zhǔn)確的頂板，在初次來壓或周期來壓前，沿工作面向頂板打1~2排深孔，進(jìn)行放頂。其主要作用是切斷頂板，避免頂板大面積一次冒落。平時再配合淺孔放頂，則能夠更加有效地控制頂板的來壓強(qiáng)度。圖10-5所示為2排深孔，孔徑60~64mm，孔距6~3m，孔深6~7或14~6m，裝藥量8~10kg，封泥長度1m左右。連續(xù)進(jìn)行兩次爆破，使頂板形成一道高度為5~6m或14~16m，寬2m左右的溝槽，以便使頂板由此處切斷而冒落。3)臺階式放頂。其實(shí)質(zhì)和參數(shù)與步距式放頂完全相同，只是為了便于安排工作面中的回采工藝，可將切頂線上的兩排鉆孔，按上、下兩部分分開。第一個循環(huán)先放一半工作面的頂權(quán)，第二個循環(huán)再放另一半。這樣上、下交替放頂，形成臺階狀。4)超前深孔松動爆破。對于綜采工作面，由于在工作面內(nèi)無法設(shè)置打頂眼的設(shè)備，可在上、下順槽內(nèi)分別向頂板打深孔，如圖10-6所示。在工作面未采到以前進(jìn)行爆破，預(yù)先破壞頂板的完整性。鉆孔間距應(yīng)為頂板自然冒落步距的2/3，鉆孔長度和裝藥量則按工作面長度和巖石硬度等因素確定，有時裝藥量可達(dá)250~400kg。圖10-5“步距式”深孔爆破圖10-6超前深孔松動爆破此外，對采用刀柱法的工作面，可在順槽或相鄰的采場內(nèi)向已采區(qū)頂板打深孔，進(jìn)行爆破，將懸露的頂板放落消除隱患。鉆孔布置如圖10-7所示。鉆孔直徑為60~75mm，傾角鉆孔深度為20~40m。圖10-45刀柱法的深孔放頂5)地面深孔放頂。對由于歷史上已造成有大面積來壓隱患的地區(qū)，目前又無法從井下采取措施時，可在采空區(qū)上方的地面打垂直鉆孔，達(dá)到已采區(qū)頂板的適當(dāng)位置。然后爆破,將懸露的大面積頂板崩落。這樣將大面積采空的頂板切割成小塊,減小來壓強(qiáng)度。在開采煤層群時，除上述各種防治措施外，當(dāng)下煤層的頂板較軟，上煤層的頂板有大面積來壓危險(xiǎn)時，先開采下煤層，能使上煤層位于下煤層采后頂板的裂縫帶內(nèi)，產(chǎn)生松動和破斷，但又保持一定的完整性。3．預(yù)防暴風(fēng)措施在有大面積來壓危險(xiǎn)的礦井或區(qū)域，可采取預(yù)防措施，以免對生產(chǎn)和安全造成危害。進(jìn)行預(yù)防，一般是采用堵和泄的辦法。堵，即用留置隔離煤柱和設(shè)置防暴風(fēng)密閉，把已采區(qū)與生產(chǎn)區(qū)隔離起來。泄，即通過專門泄風(fēng)道，使被隔離區(qū)域與地