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《煤礦現(xiàn)代化雜志》2014年第四期

1沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

1.1煤層剛度勘測(cè)技術(shù)原理聲發(fā)射測(cè)試技術(shù)作為無(wú)損檢測(cè)方法中的一種，因其具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確可靠、便于大面積測(cè)試等優(yōu)點(diǎn)，具有極大的應(yīng)用潛力[8]。根據(jù)彈性波波動(dòng)力學(xué)理論，波在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，波的傳播速度、振幅和類型均保持不變，但是當(dāng)波在不均勻介質(zhì)（如剛度發(fā)生變化）中傳播時(shí)，它將會(huì)發(fā)生發(fā)射、透射或散射現(xiàn)象，波的傳播速度、強(qiáng)度也將發(fā)生變化，導(dǎo)致擾動(dòng)能量重新分配。

1.2勘測(cè)方法與測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)力波傳播信號(hào)與聲源距傳感器距離、傳感器布局及聲源本身特性有密切關(guān)系。聲發(fā)射源由錘擊在煤壁預(yù)定位置產(chǎn)生激振，產(chǎn)生應(yīng)力波輻射。從開(kāi)切眼開(kāi)始，在巷道中距離激振源位置每隔2m布置傳感器，由防爆聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。9308工作面測(cè)點(diǎn)布置情況。勘測(cè)可以采用一維和二維兩種傳感器布局，一維方式可以快速獲得煤體沿傾向的剛度分布情況，而二維方式（見(jiàn)圖2）可進(jìn)一步測(cè)得煤體的剛度沿順槽高度的分布，能夠更恰當(dāng)?shù)乇碚髅后w的剛度特性。

1.3實(shí)施步驟①按照勘測(cè)方案沿煤壁確定并標(biāo)記聲發(fā)射源和探頭布置位置；②在探頭位置向煤壁鉆孔5m置入波導(dǎo)桿；③將聲發(fā)射傳感器安裝至波導(dǎo)桿端部，涂上耦合劑，并用膠帶固定；④連接傳感器至數(shù)據(jù)采集儀，開(kāi)啟直流電源，設(shè)置采集參數(shù)；⑤用激振槍在指定位置激振，聲發(fā)射信號(hào)由數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)完成采集；⑥至另一個(gè)測(cè)點(diǎn)，重復(fù)②-⑤的工作。勘測(cè)結(jié)束后，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，運(yùn)用專門(mén)軟件進(jìn)行信號(hào)分析、和定位分析，開(kāi)發(fā)程序可自動(dòng)完成煤體剛度的反演計(jì)算。

2沖擊礦壓防治技術(shù)

通過(guò)綜合指數(shù)法[9-10]對(duì)9308工作面進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，其沖擊地壓危險(xiǎn)性指數(shù)Wt=0.69，沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定為C等級(jí)中等沖擊危險(xiǎn)（0.5~0.75）。該工作面在回采過(guò)程中需要提高警惕，由于回采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，使工作面前方煤體應(yīng)力得到進(jìn)一步疊加，增大了發(fā)生沖擊地壓的可能性。為保證礦井安全回采，必須提前做好沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的防治工作，沖擊地壓防治可以從局部和全局兩個(gè)角度進(jìn)行。

2.1局部精細(xì)處理采用卸壓爆破煤體卸壓爆破是對(duì)已形成沖擊危險(xiǎn)的煤體，用爆破方法減緩其應(yīng)力集中程度的一種解危措施。卸壓爆破在煤體中產(chǎn)生大量裂隙，使煤體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，彈性模量減小，強(qiáng)度降低，彈性能減少，破壞了沖擊礦壓發(fā)生的強(qiáng)度條件和能量條件。（1）煤體卸壓爆破的作用：降低煤體的強(qiáng)度、降低煤體的沖擊傾向性、支承壓力高峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移、振動(dòng)釋放能量、形成沖擊礦壓危險(xiǎn)的松散煤體阻隔帶。（2）煤體卸壓爆破的位置：卸壓爆破在工作面順槽中開(kāi)始，對(duì)實(shí)體煤幫進(jìn)行卸壓爆破，范圍為兩順槽自工作面起向外100m，自工作面起每5m在上下兩幫打卸壓爆破孔（僅在高剛度煤體區(qū)域）。爆破后要檢查卸壓效果，如果在卸壓爆破范圍內(nèi)仍有沖擊地壓危險(xiǎn)存在，則應(yīng)進(jìn)行第二次爆破，直至解除沖擊地壓危險(xiǎn)為止。（3）煤體卸壓爆破參數(shù)的選擇：煤幫炮眼采用電鉆、麻花鉆桿配合φ42mm鉆頭施工。炮眼距底板1.2m，眼深10m，間距5m，單排布置，炮眼角度平行于底板、垂直于煤幫。每孔采用反向裝藥，封孔長(zhǎng)度3～4m，裝藥量3.0kg。一個(gè)炮眼中采用3個(gè)炮頭，一次爆破1～3個(gè)孔。聯(lián)線方式，孔內(nèi)并聯(lián)，孔間串聯(lián)。（4）煤體卸壓爆破注意事項(xiàng)：①運(yùn)輸順槽轉(zhuǎn)載機(jī)段有適合的安全操作空間時(shí)，卸載炮布置范圍應(yīng)延伸至轉(zhuǎn)載機(jī)段，然后依次往外布置卸載炮眼；②鑒于軌道順槽機(jī)電設(shè)備布置情況和防沖要求，大型機(jī)電設(shè)備至少應(yīng)放到自工作面向外100m；③爆破孔可利用鉆屑量監(jiān)測(cè)時(shí)所打的鉆孔，沖凈后使用；④爆破完畢經(jīng)電磁輻射監(jiān)測(cè)后，如電磁輻射信號(hào)仍異常，應(yīng)再次進(jìn)行卸壓爆破。第二次打卸壓孔時(shí)，要注意避開(kāi)上一次的鉆孔位置；⑤生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)采煤機(jī)割煤到機(jī)頭、機(jī)尾50m范圍內(nèi)、或在工作面機(jī)頭、機(jī)尾50m范圍內(nèi)移支架放煤時(shí)，在工作面超前運(yùn)輸順槽或軌道順槽100m范圍內(nèi)禁止進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)、人員嚴(yán)禁行走的工作制度；⑥為達(dá)到進(jìn)一步緩解應(yīng)力集中，轉(zhuǎn)移釋放壓力，減緩礦壓顯現(xiàn)的目的,可以在兩順槽進(jìn)行深孔鉆孔卸壓措施，具體仍可執(zhí)行礦現(xiàn)行措施要求。

2.2全局超前治理采用煤層注水煤層預(yù)注水是在采掘工作之前，對(duì)煤層進(jìn)行全方位、長(zhǎng)時(shí)壓力注水。注水一般是在已經(jīng)掘好的回采巷道內(nèi)或臨近巷道內(nèi)進(jìn)行，是一種積極主動(dòng)的區(qū)域性防范措施，不僅能消除或減緩沖擊地壓威脅，而且可起到消塵、降溫、改善勞動(dòng)條件的作用。（1）煤層注水在防治沖擊地壓所起的作用:①水對(duì)煤巖的強(qiáng)度特性、變形特性和沖擊傾向性都有著重要的影響。煤塊試樣浸水隨煤體含水率增加，孔隙率和泊松比增大，但其強(qiáng)度和彈性模量降低，并在一定時(shí)間內(nèi)，隨浸水時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇。水對(duì)煤的沖擊傾向有著顯著的降低作用；②煤層注水后，峰值壓力降低，峰值點(diǎn)位置向煤壁深部轉(zhuǎn)移；③煤層注水方法能顯著地改善能量釋放過(guò)程在時(shí)間上的穩(wěn)定性和空間上的均勻性。未注水煤層能量釋放極不均勻，釋放量以工作面前方巷道處為最高，而注水煤層能量釋放的空間范圍大，但釋放量較均勻。（2）煤層注水參數(shù)：注水孔沿走向方向布置，對(duì)于頂?shù)灼鸱^大的煤層，應(yīng)采用相對(duì)步孔，使孔長(zhǎng)減小；孔口布置在煤層中較硬的分層中，以利于封孔和防治漏水；注水孔直徑為80mm，長(zhǎng)度為120m，孔間距為10m；鉆孔傾角考慮鉆桿下沉的影響，使成孔傾角與煤層傾角一致。進(jìn)行試驗(yàn)確定合理含水量增值后，根據(jù)鉆孔承擔(dān)的濕潤(rùn)煤量計(jì)算注水量，大致注水到煤壁“出汗”為止。為確定合理的注水壓力和流量，應(yīng)進(jìn)行煤層注水特征試驗(yàn)。具體作法是：從0開(kāi)始逐級(jí)增加注水壓力，測(cè)定實(shí)際的注水流量，作出壓力一流量曲線，獲得注水臨界壓力。同一煤層的不同區(qū)域，其注水特性可能差別很大，隨著注水時(shí)間的延續(xù)，煤層注水性能也會(huì)發(fā)生變化，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)節(jié)水壓。（3）提高煤層注水效果：采用間歇注水法，有利于消除表面覆蓋的氣泡，有利于提高毛細(xì)作用改善濕潤(rùn)效果，在間隙注水時(shí)，注水時(shí)泄水地點(diǎn)不一定相同，因此間歇注水比連續(xù)注水濕潤(rùn)效果好；可先封孔后爆破或先爆破后封孔，使孔內(nèi)煤體松動(dòng)為注水創(chuàng)造條件。經(jīng)驗(yàn)表明，孔內(nèi)爆破后注水流量可提高數(shù)倍至數(shù)十倍。

3結(jié)論

針對(duì)9308工作面地質(zhì)情況，運(yùn)用聲發(fā)射測(cè)試技術(shù)對(duì)煤層剛度進(jìn)行勘測(cè)，詳細(xì)的介紹勘測(cè)工藝，包括勘測(cè)方法、測(cè)點(diǎn)布置及施工步驟，通過(guò)聲發(fā)射法對(duì)沖擊發(fā)生的危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，研究利用聲發(fā)射技術(shù)獲取煤體結(jié)構(gòu)剛度和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)技術(shù)，為沖擊礦壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供新途徑。對(duì)于沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域，采用卸壓爆破對(duì)其進(jìn)行局部處理，對(duì)高剛度區(qū)域煤體實(shí)施松動(dòng)爆破，可確保煤體整體軟化卸壓，注意避免不當(dāng)?shù)乃蓜?dòng)爆破解危誘發(fā)沖擊礦壓而破壞設(shè)備、巷道和造成人員傷亡，影響安全生產(chǎn)；也可以采用煤層注水進(jìn)行全局處理，通過(guò)壓力水的物理化學(xué)作用，改變煤的物理力學(xué)性質(zhì)，減弱或者消除沖擊危險(xiǎn)，同時(shí)還可起到消塵、降溫、改善勞動(dòng)條件的作用。

作者：顧穎詩(shī)單位：兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦