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3煤层及其顶(冲击倾向性鉴定)
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深井冲击倾向性试验及防治措施
江西煤炭科技 013年第3期 2013 深井冲击倾向性试验及防治措施 朱萌萌，梁啸尘，任 禹 (安徽理工大学采矿工程系安徽淮南232001) 摘要：为研究冲击地压发生机理，结合某矿工程实践，研究主采3煤层的煤岩冲击倾向性，通过对煤样动态破坏时间、弹 性能量指数、冲击能量指数、单轴抗压强度4个煤层冲击能量指标，以及岩样的复合顶板弯曲能量指数进行试验和分析，表 明3煤层具有弱冲击倾向性，其顶板岩层具有弱冲击倾向性。在此基础上，结合地质条件，提出回采时冲击地压防治措施， 保证了安全高效开采。 关键词：冲击倾向性；冲击能量指标；深孔爆破 中图分类号：献标识码：B 文章编号：u (32001) n tO of on of o．3 by as of as as in of by of he o．3 on of 击地压指煤岩体内积聚的弹性能在一定条件下突然 释放，使煤岩体发生急剧脆性破坏并向采掘空间抛出的一 种动力现象，易造成矿山井巷的破坏及人员的伤亡“ 。尤 其矿井进入深井开采后，越来越威胁着煤矿的安全生产。 某矿主采的3煤层，厚度6．5～7．3 m，平均6．8 m，埋 深800多米。由于开采深度的加大，地应力不断增加，工 作面回采及巷道掘进引起应力分布，发生冲击地压的危险 性增大。为保证矿井的安全生产，需对矿井进行冲击倾向 性测定，制定防治对策。 1煤岩冲击倾向性测试 1．1煤样力学性质 在工作面(见煤点)直接取出完整、无明显裂隙的煤 块，实验室加工成圆柱体标准煤样，55 径比1．5～2．2。主要力学性质指标为：单轴抗拉强度、单 轴抗压强度、弹性模量、泊松比。测试结果见表1。 表1煤样的力学性质 *山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地开放基金资助项目 · 137 · 1．2煤样冲击倾向性指标 1)动态破坏时间测试。煤样的动态破坏时间由动态 破坏时间曲线来确定(见图1)。 P／c 0 I DT lT／．—|1动态破坏时间曲线 为研究煤岩的动态破坏时间，按照国家标准以o．5～ 1．o 。测得的信号以不小于10 统进行数据的采集及存储。 每组试件的平均动态破坏时间(取整数)按下式计算： ∑，霉， 式中：平均动态破坏时间，单位T 为第动态破坏时间，单位ms；2)弹性能量指数测试。根据国家标准，试验机以0．5 ～1．0 。试验 测得煤岩典型加卸载应力应变曲线，由此可以计算煤样的 弹性能量指数“ 。测试结果应满足下式要求： 0．7P ≤P≤0．7P ， 式中：P 为试件破坏载荷，单位为卸载时载荷，单位 图2为弹性能量指数计算图，煤岩的弹性能量指数按 下式计算： = ： ， 式中： 为总应变能； 为弹性应变能； 。 Z ＼ O · 138 · 图2弹性能量指数计算 △L／均弹性能量指数按下式计算： ‰= ∑ ， 刀 式中：W 为弹性能量指数平均值；W 为第量指数；3)冲击能量指数及单轴抗压强度测试。煤岩试件的 单轴抗压强度和冲击能量指数试验可同时进行。根据经 验在067 mm／静态加载 ，测得试件单轴压缩下的全应力应变曲线 (见图3)，由此得到峰值强度值、残余强度的初始点值；利 用差分法计算出A 、A 的值。 0 应变 单个试件的抗压强度R 为： R 一百P， 式中：位N；位 煤岩的冲击能量指数按下式计算： K 一 ， 式中：K 为冲击能量指数；A。为试件峰值前积聚的变形 能；A 为试件峰值后消耗的变形能。 平均冲击能量指数按下式计算： ∑n 西， 聆 式中：K 。为冲击能量指数平均值；K 为第指数；根据煤样测试数据(见表2、表3)，可知弹性能量指数 6．02，为强冲击倾向，动态破坏时间362．8 轴抗压强 度8．61 弱冲击倾向，冲击能量指数1．34 无 冲击倾向，根据中华人民共和国家标准《冲击地压测试、监 测与防治方法》(210))第35项，综合结 果为弱冲击倾向。 T，●● 表2煤层冲击倾向性标准 表3 3煤层冲击倾向性 类别 3煤层 动态破坏时间／性能量指数 冲击能量指数／轴抗压强度／击倾向综合结果 362．8 6．．34 8．61 弱冲击倾向 1．3顶板岩层冲击倾向性指标 岩样在某矿2313轨道顺槽联络巷、2325轨道顺槽合 适地点钻取顶板岩芯，钻孔直径75 求钻孔从巷道 顶板始垂直向上钻进，连续岩层共30 m。 (1)上覆岩层载荷计算。上覆岩层载荷自煤层顶板 起，自下而上计算 舞 ， 。 晶 +B +…+E，．办 式中：位i(i—l，2， ……，n)为上覆各岩层的弹性模量，单位h (i=1，2， ……，n)为上覆各岩层的厚度，单位m；P (，……，n) 为上覆各岩层的块状密度，单位kg／m。；单位N／当第n+1层对第1层的载荷小于第荷时，计算终止，取第(2)单一顶板弯曲能量指数。按下式计算： =102．6 ， 式中：U 为弯曲能量指数，单位为千焦(R 为岩石试 件的抗拉强度，单位为兆帕( 位为米(m)；位为兆帕 ( (3)复合顶板弯曲能量指数。按下式计算： M ， 式中：U 。 为复合顶板弯曲能量指数，单位为千焦( U 。 为第位为千焦(数，复合顶板厚度一般取至煤层上顶板30 m。 根据煤样测试数据(见表5)，可知2325轨道顺槽复合 顶板的弯曲能量指数为81．5 顶板岩层冲击倾向性 分类指标(表4)，3煤层顶板岩层应属2类，即具有弱冲击 倾向的顶板岩层。 表4顶板冲击倾向性标准 类别 复合顶板弯曲能量指数／类无冲击倾向 Ⅱ类弱冲击倾向 Ⅱ类弱冲击倾向 表5顶板冲击倾向性 类别 3煤层顶板岩层 复合顶板弯曲能量指数／击倾向性 81．5 弱冲击倾向 2采场冲击地压的防治措施 2．1 排查现有的开采设计 排查现有的开采设计，合理设计区段煤柱尺寸、断层 煤柱尺寸、停采线位置，开采时避免褶皱、断层等构造活化 区域，降低高应力区的范围，没有高应力场，虽有冲击倾 向，一般也不会发生冲击地压。 2．2钻屑法监测 钻屑法是通过在煤层中打小直径(41～50 孔， 根据排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力效应鉴别 冲击危险的方法。经实测，3煤层危险煤粉量为2．8 煤粉量超过危险煤粉量时，应进行卸压爆破。在深 部开采条件下，受地质条件和开采技术的影响，不同区域、 不同深度的煤粉量是不同的，应根据实际情况及时调整标 准煤粉量和危险煤粉量。 。 2．3爆破卸压 爆破卸压能降低煤岩体的承载力，使应力重新分布， 形成卸压区，巷道两帮及顶板经爆破后，煤体应力得到明 显的释放，消弱了煤岩体的冲击危险性。根据3煤层弱冲 击煤层特点、施工难易及卸压可靠程度，设计采用深孔爆 破卸压。参数设定：钻孔直径为65 孔间距为3 m， 钻孔深度为22 孔装药量为20~25 (根据炸药 种类及型号等做具体设计)，封孔长度为7 m。 3 结语 1)3煤层具有弱冲击倾向性，其顶板岩层具有弱冲击 倾向性。在一定的地质、开采条件影响下，易引发应力积 聚，有发生冲击危险的可能。 · 139 · 加 一 江西煤炭科技 乙013年第3期 2013 煤炭系统国有建筑施工企业经营管理创新浅思 中图分类号： 刘异兴，唐钰芳，姚平安 (中鼎国际公司，江西南昌330096) 文献标识码：B 文章编号：(2013)03一o．，30096) 当前，国际、国内建筑行业竞争激烈，建筑施工企业如 何在残酷的市场竞争中立足并不断发展壮大，是建筑施工 企业共同面临的课题。解决问题的关键，在于企业是否拥 有自身的核心竞争力，而企业经营管理水平的高低，则是 其核心竞争力形成的直接决定性因素。区别于传统建筑 施工企业，出生于煤炭系统内的国有建筑施工企业，更是 先天不足，如若加上后天营养不良，要在强手如林的建筑 施工行业崭露头角，对于企业经营管理水平的考验，将更 加具有挑战性。 l 当前国有建筑施工企业经营管理中存在的主 要问题 当前，多数建筑施工企业仍属于劳动密集型企业，管 理粗放，发展战略不够清晰，生产规模的扩大和效益的提 高基本上都需要依靠增加人财物等各种资源的投入。不 注意总结施工经验，“四新技术”运用不足，科技转化为生 产力的周期过长，技术因素在建筑施工生产中的作用未能 实现。管理上缺乏先进、实用的手段，基于网络的信息管 理技术极其欠缺，项目现场从业人员素质参差不齐。 受有限资源的限制，国内国有建筑施工企业与国外先 进企业在不增加或少增加资源投入的前提下主要依靠科 技进步获得更大的规模和更高的效益的内涵式发展相比， 存在明显较大差距。受逐级下达于重 视产值规模的盲目扩大，而往往忽视效益的增长，企业长 期病态发展，也成为国有建筑施工企业的通病。 如上所述，当前，国有建筑施工企业存在众多问题，急 需对生产经营创新管理，以提高企业竞争力，提升企业综 合实力。 2)钻屑法的钻屑量反应煤体应力状况，爆破卸压对 高应力区进行卸压，缓解冲击危险，是行之有效的方法。 参考文献： [1]钱鸣高，石平五．矿山压力与岩层控制[M]．徐州：中国矿业 大学出版社，2003． [2]潘一山．冲击地压发生和破坏过程研究[D]．北京：清华大 学，1999． (3]王世娟，潘一山，李忠华．通化八宝矿煤层冲击倾向性实验 与数值模拟(国地质灾害与防治学报，)：105 —108． (43陈绍杰，郭惟嘉，杨永杰．煤岩冲击倾向性试验研究( 业安全与环保，)：1(53支光辉，黄春光．跃进煤矿煤岩冲击倾向性试验研究( ·140· 炭工程，2009，(11)：76—78． (63马春德，李夕兵，陈枫．单轴动静组合加载对岩石力学特性 影响的试验研究(业研究与开发，)：(73王淑坤，齐庆新，曾永志．我国煤岩冲击倾向研究的进展(煤矿开采，)：30—32． [8]潘一山，李忠华，章梦涛．我国冲击地压分布、类型、机理及 防治研究(石力学与工程学报，)：1844一 ]85]． 作者简介：朱萌萌(1988一)，男，山西晋城人，安徽理工大学研究 生，研究方向：矿山压力与岩层控制。 收稿日期：207 编辑：郭正义
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