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第3期 姚精明等：水旱交接处护巷煤柱冲击矿压控制 .249 止水采工作面瓦斯对煤体渗透和空气的进入·煤层 Cuc+On-2po 注水能很好地满足要求，煤层注水能够降低煤体的 B 内摩擦角、粘聚力和极限强度，增加卸载区的范围， =Cang 从而防治冲击矿压发生2.].此外，由于水旱交接处 的护巷煤柱极不规则，必然会使得一部分煤柱被压 碎或处于极限平衡状态，在采动影响下极易失稳而 导致水采面的瓦斯涌入旱采面而发生瓦斯事故，因 此，如果在该区段的水采采空区注浆，一方面浆液中 采政措施前应 采取措施后应 力分布曲线 力分布曲线 的水对煤体渗透从而起到了煤层注水的作用，另一 方面浆液当中的沉淀物将破碎煤体包裹起来而增加 图2弹塑性应力分布图 了煤体的稳定性，并且浆液沉淀物的堆积还对顶板 Fig.2 Distribution of elastic and plastic stress 有一个支撑力，减少了煤柱的受力，增加了瓦斯向旱 由分析可知，增加卸载区的范围可以使夹持区 采工作面渗透的难度 煤体裂纹稳定扩展，降低夹持区煤体积储的能量，从 因此，水旱交界处护巷煤柱冲击矿压的防治技 而能够防治冲击矿压的发生， 术应采用注浆和注水相结合的分段治理方式，即在 2.2水旱交界处冲击矿压的防治技术的确定 小煤柱的区段采用往水采采空区注浆，在大煤柱的 水力采煤的采空区往往残留有大量的遗弃煤 地方则采用煤层注水的方式， 柱，从而造成水采工作面顶板垮落不充分；水力采煤 3 的方式是自下而上形成倒台阶状，使得其与相邻旱 实例分析 采工作面的护巷煤柱呈极不规则倒台阶状（见 孔庄矿7339工作面开采7#煤层.该煤层厚平 图3)；并且，水力采煤瓦斯涌出峰值要比其他作业 均4.5m,煤层倾角平均25°，采深一698.1~ 高出2~4倍，甚至10多倍山.这些就使得相邻水 一778.3m,煤尘有强爆性，自燃发火期为Ⅲ类.煤 采工作面采空区的旱采工作面进行回采时会出现以 层伪顶为黑色泥岩，厚0.7m;直接顶为深灰色砂质 下问题：由于护巷煤柱呈极不规则的倒台阶状，煤柱 泥岩，厚度为2.5m,节理裂隙发育，易冒落：老顶为 应力分布复杂；一些区段煤柱已经被高应力压碎，一 粉砂岩和中砂岩，厚8.0m·底板为灰黑色砂质泥 些区段煤柱处于极限平衡状态；而水采工作面顶板 岩，厚1.4m:该工作面位于7337水采工作面下方， 垮落不充分，在旱采工作面采动影响下，可能造成大 两工作面间煤柱呈不规则倒台阶状，宽度为6~ 面积的顶板运动，从而导致护巷煤柱发生冲击矿压； 30m;工作面走向长度815m,倾向长度136m,见工 煤柱冲击矿压的发生又进而使得水采采空区的瓦斯 作面示意图3所示，采煤方法为走向长壁、轻型综 涌入旱采工作面或回采巷道而发生瓦斯突出或瓦斯 采放顶煤一次采全高，采空区处理方法为全部垮 爆炸事故 落法， 对该工作面危险性分析，该工作面在回采时有 7337水采采空区 东二三水平轨道下山 冲击矿压危险性较大，根据数值模拟计算，煤柱为 A7339材料道B 14m时应力集中程度最大，单位煤体聚集的能量最 大，煤体内裂纹最易发生不稳定扩展，为此，决定在 7339溜子道 设计停采线- 不大于14m煤柱处采用7337采空区注浆，在大于 14m煤柱处煤层注水的防治措施. 从图4中可以看出，2005年3月22日，未采取 图37339工作面示意图 措施煤体电磁辐射幅值非常高，说明煤体处于一个 Fig.3 Sketch map of 7339 face 较高应力状态，煤体积储能量多，煤体容易发生冲击 由分析可知，冲击矿压的防治措施是增加卸载 矿压（电磁辐射监测冲击矿压的机理见文献[6]） 区范围，即增加煤体的空隙率，这就容易导致水采工 图5是采取措施后，2005年4月28日中班测 作面残存的高浓度瓦斯向正在开采的旱采工作面渗 量的电磁辐射规律，从图中可以看出，电磁辐射的 透而发生瓦斯事故，因此，水旱交界处护巷煤柱的 幅值维持在一个较小的水平，此时煤体变形已经处 冲击矿压防治技术既能增加煤体的空隙率，又能阻 于稳定低应力状态，煤体的应力集中程度比较低，这图2 弹塑性应力分布图 Fig．2 Distribution of elastic and plastic stress 由分析可知增加卸载区的范围可以使夹持区 煤体裂纹稳定扩展降低夹持区煤体积储的能量从 而能够防治冲击矿压的发生． 2∙2 水旱交界处冲击矿压的防治技术的确定 水力采煤的采空区往往残留有大量的遗弃煤 柱从而造成水采工作面顶板垮落不充分；水力采煤 的方式是自下而上形成倒台阶状使得其与相邻旱 采工作面的护巷煤柱呈极不规则倒台阶状 （见 图3）；并且水力采煤瓦斯涌出峰值要比其他作业 高出2～4倍甚至10多倍［1］．这些就使得相邻水 采工作面采空区的旱采工作面进行回采时会出现以 下问题：由于护巷煤柱呈极不规则的倒台阶状煤柱 应力分布复杂；一些区段煤柱已经被高应力压碎一 些区段煤柱处于极限平衡状态；而水采工作面顶板 垮落不充分在旱采工作面采动影响下可能造成大 面积的顶板运动从而导致护巷煤柱发生冲击矿压； 煤柱冲击矿压的发生又进而使得水采采空区的瓦斯 涌入旱采工作面或回采巷道而发生瓦斯突出或瓦斯 爆炸事故． 图3 7339工作面示意图 Fig．3 Sketch map of7339face 由分析可知冲击矿压的防治措施是增加卸载 区范围即增加煤体的空隙率这就容易导致水采工 作面残存的高浓度瓦斯向正在开采的旱采工作面渗 透而发生瓦斯事故．因此水旱交界处护巷煤柱的 冲击矿压防治技术既能增加煤体的空隙率又能阻 止水采工作面瓦斯对煤体渗透和空气的进入．煤层 注水能很好地满足要求．煤层注水能够降低煤体的 内摩擦角、粘聚力和极限强度增加卸载区的范围 从而防治冲击矿压发生［26］．此外由于水旱交接处 的护巷煤柱极不规则必然会使得一部分煤柱被压 碎或处于极限平衡状态在采动影响下极易失稳而 导致水采面的瓦斯涌入旱采面而发生瓦斯事故．因 此如果在该区段的水采采空区注浆一方面浆液中 的水对煤体渗透从而起到了煤层注水的作用另一 方面浆液当中的沉淀物将破碎煤体包裹起来而增加 了煤体的稳定性并且浆液沉淀物的堆积还对顶板 有一个支撑力减少了煤柱的受力增加了瓦斯向旱 采工作面渗透的难度． 因此水旱交界处护巷煤柱冲击矿压的防治技 术应采用注浆和注水相结合的分段治理方式即在 小煤柱的区段采用往水采采空区注浆在大煤柱的 地方则采用煤层注水的方式． 3 实例分析 孔庄矿7339工作面开采7＃煤层．该煤层厚平 均 4∙5 m煤 层 倾 角 平 均 25°采 深 —698∙1～ —778∙3m煤尘有强爆性自燃发火期为Ⅲ类．煤 层伪顶为黑色泥岩厚0∙7m；直接顶为深灰色砂质 泥岩厚度为2∙5m节理裂隙发育易冒落；老顶为 粉砂岩和中砂岩厚8∙0m．底板为灰黑色砂质泥 岩厚1∙4m；该工作面位于7337水采工作面下方 两工作面间煤柱呈不规则倒台阶状宽度为6～ 30m；工作面走向长度815m倾向长度136m见工 作面示意图3所示．采煤方法为走向长壁、轻型综 采放顶煤一次采全高采空区处理方法为全部垮 落法． 对该工作面危险性分析该工作面在回采时有 冲击矿压危险性较大．根据数值模拟计算煤柱为 14m 时应力集中程度最大单位煤体聚集的能量最 大煤体内裂纹最易发生不稳定扩展．为此决定在 不大于14m 煤柱处采用7337采空区注浆在大于 14m煤柱处煤层注水的防治措施． 从图4中可以看出2005年3月22日未采取 措施煤体电磁辐射幅值非常高说明煤体处于一个 较高应力状态煤体积储能量多煤体容易发生冲击 矿压（电磁辐射监测冲击矿压的机理见文献［6］）． 图5是采取措施后2005年4月28日中班测 量的电磁辐射规律．从图中可以看出电磁辐射的 幅值维持在一个较小的水平此时煤体变形已经处 于稳定低应力状态煤体的应力集中程度比较低这 第3期 姚精明等： 水旱交接处护巷煤柱冲击矿压控制 ·249·