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纳林河二号矿井采动影响下强矿压显现规律研究

更新时间:2009-03-28

随着煤矿开采强度和采深逐渐提高,强矿压影响下的巷道的变形问题逐渐增多,如变形速度快、变形量大、变形形式复杂、变形无法稳定等特点日益显现。强矿压影响下的巷道变形的主要原因之一是工作面超前支承压力和相邻工作面侧向支承压力的影响[1]。采用常规的支护方式已经很难维护巷道的稳定性。窦林名等基于煤岩破坏的不同裂隙发展阶段与微震、应力等参量响应的关系,建立了煤岩冲击破坏的多信息归一化预警力学模型,并将强矿压危险分为无、弱、中等与强4个等级[2];曹安业等通过介绍微震法预测强矿压危险的基本原理,综述了我国煤矿微震监测技术的初步研究成果,并对微震法需进一步研究和攻关方向进行了展望,以期该技术成为我国强矿压等地质灾害预测预报乃至防灾减灾的最实用有效的监测手段之一[3];齐庆新等通过采动应力监测系统直接监测煤岩体的应力和采用微震监测系统间接监测煤岩体应力的方法,分析了采动引起的应力变化,进而对监测区域内煤岩体的强矿压危险性进行了评价[4]

由于东胜煤田多个矿井投产时间较短,煤岩体内微震、应力等监测设备还需完善,缺乏强矿压方面的监测经验和监测数据,强矿压灾害的研究资料相对匮乏;加之该区域矿井主采煤层厚度大都超过5m,开采强度大,采深也较大,强矿压显现问题日益凸显。针对该地区的强矿压显现规律进行科学的统计分析,有利于为探索东胜煤田强矿压防治技术提供可靠保障,从而提高安全生产水平。

1 31102工作面强矿压显现概述

纳林河二号矿井工作面巷沿煤层走向布置,31102工作面为纳林河二号矿井第二个回采工作面,工作面长247m,走向长度约3000m,煤层厚度5.5m,为近水平煤层。煤层直接顶为4.7m厚粉砂岩,上部老顶为15m厚细粒砂岩,在31102工作面上部存在23m厚粉砂岩,中夹砂泥岩薄层。煤层底板为砂质泥岩,具有水平层理,强度较低。其北部为已回采完成的31101工作面采空区,区段煤柱宽度20m。31102工作面布置有31102工作面回风巷、主运输巷和辅助运输巷,31102工作面回风巷一侧初采期间同时受到初次来压、初次见方、二次见方、水仓煤柱、顶板疏放水、采空区煤柱、断层、陷落柱地质构造、终采线等因素影响,容易诱发巷道严重变形,同时具有高地压、强扰动、复合型厚煤层等特征。因此,强矿压影响巷道的变形控制问题亟待解决。

为了更好的开展纳林河二号井强矿压防治工作,已在该矿井31102工作面建立应力-微震在线监测系统,对强矿压显现规律的研究起到良好的效果。在线监测系统设备安装示意示意图如1所示。

3.2.5 注射前的消毒行为有待强化 调查过程中发现,患者用乙醇棉球消毒皮肤待干后注射这一操作并不理想,占32.7%。自行注射胰岛素的患者的消毒行为不良,不仅达不到消毒的目的,反而在注射过程中会使细菌入侵体内,造成注射部位红肿、出血、渗出、瘙痒、感染等不良状况[15]。因此,在第1次进行注射教育时,指导患者正确的消毒方法尤为重要,不断地强化他们的消毒与无菌操作观念,尽可能地将注射后的皮肤不良反应。

  

图1 在线监测系统设备安装示意图

1.1 31102工作面回采期间动力事件

2)工作面“二次见方”位置受多种因素影响下的应力场叠加。由于31102工作面临近31101工作面采空区,随工作面推进两面采空区形成“二次见方”,容易造成应力集中。

4)距离31102工作面上部55m处存在23m厚的粉砂岩,在一采区各工作面回采过程中已经监测到该岩层活动的微震事件,该岩层易形成悬顶,聚积大量弹性能,在坚硬顶板破碎或滑移过程中,突然释放大量弹性能易诱发强矿压灾害。

1.2 工作面强矿压危险影响因素及危险区域划分

通过现场资料收集和理论分析,31102工作面回采过程中具备以下几个发生强矿压显现的客观条件。

一般的岩层运动理论认为[7],从采场开切眼推进起,到地层运动进入充分采动阶段为止,采场上方破裂岩层形成结构的最大高度约为连续开采范围短边宽度L的一半,针对31102工作面情况可知,连续开采短边宽度约为780m,工作面长241m,煤柱20m,推算出采场上方破裂岩层形成结构的最大高度达到260m左右。但截止2017年11月6日,工作面累计推进约780m,采场上方破裂岩层形成结构的最大高度已达315m。

2017年8月9日至11月6日31102工作面发生5次较大的动力显现事件。8月9日,回风巷煤柱侧37~38联巷附近发生强矿压显现事故,影响范围约15m,部分超前支护单体出现安全阀开启现象,煤炮明显出现数量增多;8月19日,31102工作面回风巷机尾附近发生一次片帮事件。发生时,安装的微震监测系统接收到一个1.029×105J的顶板断裂微震事件,距离片帮位置平面距离仅有8m左右;8月26日,31102工作面回风巷35联巷处顶板出现垮落现象,其中10余架棚腿被压弯,35架棚梁出现下凹,距离达到45m,其中严重区域4~5架棚梁压弯下沉量达到700mm,应力监测系统测点出现压力突增;10月17日,靠近35联巷口位置发生矿压显现,顶板下沉量400mm,底鼓严重部位达到900mm,部分单体压弯、单元支架倾倒;11月6日,31102工作面回风巷机尾30m范围内顶板下沉约300mm、煤柱侧回风巷鼓帮约400mm,超前130m范围内回风巷煤柱侧顶板下沉,20余架单体被冲断,绞车掀翻,微震监测系统接收到两个致灾微震事件,一个为8.8×103J的顶板断裂微震事件,距离煤层顶板约80m,另一个为3.1×104J的顶板断裂微震事件,距离煤层顶板约202m。几次强矿压显现事故的位置如图2所示。

  

图2 31102工作面强矿压显现位置及强矿压危险区划分示意图

通过31102强矿压各影响因素的冲击倾向性排查,基于多因素耦合评价计算和多影响区域划分,最终得到31101工作面辅助运输巷强危险区2个,巷道整体强矿压危险性较高;31102工作面主运、辅运巷弱危险区各4个,中等危险区各2个,无强危险区域;31102工作面主、辅回撤通道为强危险区,31102工作面强矿压危险影响区划分如图2所示。

②Emmanuelides,A.P.,“Determinants of product development time:A framework for analysis”,Academy of Management Best Paper Proceedings,1991,pp.342 ~346

对43篇期刊研究文献和80篇硕博士论文的文献内容进行阅读分析整理,将硕博论文与期刊文献分别总结各划分为30个关键词,根据期刊文献与硕博论文内容与分析得出的关键词将民居的植物文化的123篇文献进行整理(见图3),归纳出民居植物文化的四大研究方向:民居内的植物文化、民居装饰的植物文化、园林景观的植物文化、传统聚落的植物文化,下面分别对这四个主要方向的研究进展进行阐述。

3)回风巷侧沿空且留有20m煤柱。根据侧向支承压力分布基本规律,工作面回风巷处于31101工作面采空区侧向支承压力影响范围内,尤其在侧向支承压力与31102工作面超前支承压力叠加时,回风巷一侧将处于较高的应力状态下,具有较高的强矿压危险。

2 覆岩结构对采场空间支承压力影响规律分析

2.1 工作面超前支承压力影响范围分析

通过对2017年8月19日—2017年9月4日微震监测系统数据统计分析得到了工作面推进过程中微震事件之间最大分布距离的大致规律。2017年8月26日工作面累计推进492m范围(约推采至36联巷口位置),当日微震事件主要集中在31102回风巷道超前工作面248m范围内,其中35联巷口位置出现两个大能量事件,其能量值分别为2.01×104J、1.52×104J,导致35联巷顶板大面积下沉,在采空区后方由于顶板垮落收集大量大能量微震事件,滞后影响距离约80m。工作面超前支承压力影响范围见表1。

 

表1 超前支承压力影响范围表

  

日期累计推进/m事件距离/m2017081944523220170826483248201708294912642017083150328120170904524271

2.2 上覆岩层运移规律

对微震事件进行统计分析可以看出,微震事件集中分布在回风巷上方,且主要集中在31102工作面内侧,这主要是由于该工作面回风巷为采空区临空侧,顶板岩梁的破断易在回风巷煤柱附近诱发矿震,加之受工作面采动影响,使得震源位置逐渐由煤柱上方向工作面上方转移。层位分布上,震源多集中在顶板上方约39m处砂岩顶板附近,微震事件存在明显斜向分布,集中分布在夹角约为59°的上覆岩层内,这种分布情况在一定程度上反映了采空区上覆岩层垮落的大致倾角范围。

1)31102工作面煤层的煤质较脆且硬,煤的单轴抗压强度相对较大,为22.16MPa,容易形成较大的集中应力和聚集较多的弹性变形能,在采掘过程中易发生脆性破坏。采用工作面强矿压危险性的综合指数法[6]对31102工作面评价为中等强矿压危险性。诱发31102工作面强矿压显现的危险因素中采空区煤柱及顶板中坚硬岩层距煤层距离、井下临时水仓等起主要影响作用。

2.3 基于载荷三带理论超前支承压力影响区域

上覆岩层运动产生的应力场与强矿压发生位置关系如图3所示。为了分析上覆岩层在采掘工程中对巷道本身及周边施加的应力影响,将整个上覆岩层组划分为“即时加载带”、“延时加载带”和“静载带”三带,称之为“载荷三带”[8]

  

图3 覆岩运动产生的应力场与强矿压发生位置关系示意图

  

图4 载荷三带理论下高应力点分布图

基于微震统计事件个数分析发现,当工作面推进速度较快时微震监测事件个数明显呈现上升趋势,当降低推采速度直至停产时微震监测系统统计事件个数维持在30个左右。因此回采高危险区煤层时应适当降低推采速度,从而保证工作面煤体积聚的弹性能缓慢释放,确保安全生产。

从学生的实际出发,创编行之有效的教学情境是小学数学教学的突破口,学生在不自觉中达到认知活动与情感活动有机的“渗透”与“融合”,使学生的情感和兴趣始终处于最佳状态,全身心的投入到学习之中,从而保证教学活动的有效性和预见性。同时,通过对教材中教学情境的研究,在如何有效的应用主题图和练习中的情境图方面提供有实际操作价值的成功经验和具体做法。

3 推采速度对强矿压影响分析

通过对近期几次典型强矿压显现事件发生前5天的微震事件能量及回采推进度的统计分析发现:四次事故均发生在推进度剧烈变化期,特别是在推进度增高后,由高转低的阶段,滞后最大推进度1~4d。因此,双见方期间避免推进度剧烈变化是保证工作面安全回采的关键之一。典型强矿压显现事故与推进度变化关系如图5所示。

  

图5 强矿压显现事故与推进度变化关系图

载荷三带的厚度由工作面采高、采深和开采宽度共同决定。在31102工作面累计回采过程中,回风巷测点逐渐呈现三组应力预警状态。基于载荷三带理论分析可知这是由于上覆坚硬顶板岩层造成的。在工作面回采厚坚硬顶板未出现及时垮落,在工作面上方18m、38m处均存在较厚细砂岩,容易形成悬臂梁结构,造成顶板呈现悬臂状态并将应力转移至工作面前方更远处,载荷三带理论下高应力点分布图如图4所示。

通过分析可知,8月19日微震统计能量释放相对较小且推采速度较大,容易造成能量积聚诱发冲击危险,31102工作面于2017年8月19日发生炸帮,从而造成能量外部释放。后期随工作面持续推进,逐渐形成能量上升的集聚过程,后期随着矿压监测系统数据分析逐渐应加强对危险区卸压与补强支护工作,从而保证安全回采。 通过对9月22日至10月14日推进度及微震能量的统计分析如图6所示,在此期间日推进度为5~6m,且保持匀速推进,回采期间日释放能量总和趋于稳定,未发生动压显现事件,故低速平稳回采有利于控制强矿压致灾风险。

泵站利用上游余水反向发电时应该从水泵在发电时需水量多少、输出功率大小、投资金额等情况综合考虑,选择合理的运行方式,若选择不恰当,将造成很大的经济损失。江都三站采用堤后式厂房,进水流道为近似平面蜗壳流道,出水流道为虹吸式,出水流道为真空破坏阀断流,发电时抽真空,使站出水池的水翻越虹吸管驼峰,上下游水流沟通,形成虹吸倒放水,冲转水泵叶轮(类似水轮发电机),待电机转速接近50%额定转速时合上高压断路器,并网方式为自同期并网。

  

图6 推进度与能量释放关系图

4 结 论

通过在纳林河二号井31102工作面安装应力-微震监测系统,实现了对该工作面生产过程的动态实时监测。通过理论计算与现场监测数据的统计分析,得出了以下结论:

1)对31102工作面强矿压各影响因素进行排查,确定了31102工作面回风巷发生强矿压显现的危险性较高,31102工作面主、辅回撤通道为强危险区。

2)对现有监测数据进行分析,确定了31102工作面超前支承压力影响范围可达250m以上,需要提前在该范围内加强支护。通过对微震事件能量的统计发现,在该工作面通过强矿压危险区域影响范围时,控制日回采速度在5~6m并保证推进速度平稳有利于减少大能量微震事件的发生,降低强矿压显现发生的危险。

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3)基于微震监测系统震源定位分析,得到了震源集中分布在工作面上方39m处的砂岩顶板附近,并且通过对微震事件的运移规律的分析,发现微震事件存在明显斜向分布,集中分布在夹角约为59°的上覆岩层内,这种分布情况在一定程度上反映了采空区上覆岩层垮落的大致倾角。

4)基于上覆岩层运动规律,通过理论分析了31102工作面超前支承压力的分布情况,当遇顶板周期来压或采空区“二次见方”影响区域时易诱发回风巷强矿压显现事故。

对照组中产妇产后42 d因个人原因未按时到门诊复查失访7例,失访率1.7%。观察组中失访2例,失访率0.49%。

参考文献

[1] 温国惠,李秀山,常庆粮.采空区侧向支承压力影响巷道围岩稳定性分析[J].煤炭技术,2016,35(11):16-18.

[2] 窦林名,姜耀东,曹安业,等.煤矿冲击矿压动静载的“应力场-震动波场”监测预警技术[J].岩石力学与工程学报,2017,36(4):803-811.

[3] 曹安业,窦林名,秦玉红,等.微震监测冲击矿压技术成果及其展望[J].煤矿开采,2007,12(1):20-23.

[4] 齐庆新,李宏艳,潘俊锋,等.冲击矿压防治的应力控制理论与实践[J].煤矿开采,2011,16(3):114-118.

[5] 巩思园,窦林名,曹安业,等.煤矿微震监测台网优化布设研究[J].地球物理学报,2010,53(2):457-465.

[6] 窦林名,牟宗龙,贺 虎,等.一种冲击矿压的综合指数评估方法:中国,CN103362551A[P].2013.

[7] 史 红,姜福兴.采场上覆岩层结构理论及其新进展[J].山东科技大学学报(自然科学版),2005,24(1):21-25.

[8] 姜福兴,刘 懿,张益超,等.采场覆岩的“载荷三带”结构模型及其在防冲领域的应用[J].岩石力学与工程学报,2016,35(12):2398-2408.

 
李树仁,王翰秋,王颜亮,孔贺,韩刚
《煤炭工程》 2018年第05期
《煤炭工程》2018年第05期文献

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