论文部分内容阅读
摘 要：由于平宝公司首山一矿煤层埋藏深，瓦斯含量、压力大，煤层赋存不稳定，地质构造复杂，地应力大，煤与瓦斯突出及冲击地压危险性很大，已成为目前首山一矿矿井安全生产的主要问题，严重制约着矿井安全、健康、高效发展，同时直接危及职工的生命安全。解决突出及冲击地压问题对于首山一矿有着重大的意义。
关键词：预裂爆破 ； 控制卸压；抽放效果；防突及冲击地压
一、实验应用地点情况
己15—12010机巷位于首山一矿己二采区上部，采面西邻-600m轨道石门、己二采区运输下山及己二采区上部回风巷，东至高沟逆断层附近，北面紧邻白石山背斜，南面尚未开采，对应地面村庄位置为孙湾、高沟。
该工作面标高为：-660m～-680m，埋藏深度790m—810m之间。己15—12010采面上部戊9.10煤层未开采，下部1～6米处为己16-17煤层。
煤层及顶、底板情况：该工作面所采煤层为己15煤层，煤层结构单一，厚度一般在2.91～4.71 m，平均3.50 m，该工作面紧邻白石山背斜，煤层倾角变化较大，在白石山背斜轴部坡度较平缓，几乎在0°左右，在机巷里段坡度较大，一般为11°左右。煤层直接顶板大部为中厚-厚层状泥岩、砂质泥岩,局部为中厚层状细粒砂岩,厚度0.62～9.60m，一般3～6m，因己15－12010采面紧邻白石山背斜轴，断层裂隙发育，顶板岩石破碎，岩体完整性差，大部为Ⅲ～Ⅳ类,局部为Ⅱ类。直接底板大部为泥岩、砂质泥岩，厚度0～5.50m，一般0.50～4.0m，平均3.43m，局部为细粒砂岩，厚度0～7.00m，平均厚4.63m，底板饱和抗压强度平均为20.7MPa，属松软类底板。
工作面采用锚杆、锚索、金属网、W型钢带联合支护。三三布置。煤层瓦斯含量和压力非常大，己15煤层瓦斯压力为2.1MPa、煤层瓦斯含量为17.5m3/t。另外矿在建井期间，分别于2006年3月1日、2006年8月1日在己16-17和戊9-10煤层发生两次瓦斯动力现象。
二、预裂爆破原理
1、单孔的卸压增透机理分析。
在爆炸冲击波和应力波的直接作用下，装药周围的煤体中将形成空腔区，压碎区，裂隙区和震动区。在压碎区和裂隙区内形成了辐射状的
径向裂隙和圆环状的切向裂隙，一方面中断或减弱了围岩中径向和切向应力的传递，降低了围岩的应力，有利于瓦斯的解析，另一方面增加了炮孔附近煤体的透气性，为游离瓦斯的抽放创造了条件。在震动区内，虽然没有形成可见的宏观裂缝，但爆生气体产生的准静态应力场使煤体中原有的微观孔隙(裂纹)发生了损伤，煤体储存的弹性变形能部分得以恢复，应力水平趋于下降，瓦斯变得易于抽放。
2、控制孔的作用分析。
当压缩粉碎圈形成以后，冲击波衰减成为应力波，并以弹性波的形式向介质周围传播，虽然其强度已经低于煤岩体的极限抗压强度，不足以产生压坏，但是由于煤岩体的抗拉强度远远小于其抗压强度，所以当应力波产生的伴生切向拉应力大于煤岩体的抗拉强度时，则岩石即被拉断，形成与岩石破碎区贯通的径向裂隙，随着应力波的继续传播，其强度也继续衰减，因为应力波的传播速度大于裂隙的传播速度，所以当应力波的峰值衰减至小于岩石的强度的时候，已经形成的裂隙仍然继续扩展着，当应力波传播至控制孔孔壁时，立即发生应力波的反射；由于控制孔反射产生的拉应力波以及强间断波阵面后方的弱间断波造成的拉应力的共同作用，使得在沿着爆破孔与控制孔连心线方向上的控制孔边缘也产生了裂隙，并沿着连心线方向上与爆破孔产生的径向裂隙相贯通。因为发生在控制孔方向的裂隙要比其他方向的裂隙要早，所以沿着连心线方向的裂隙限制了其他方向裂隙的产生和扩展；结果沿着爆破孔与控制孔的连心线处产生一贯通裂隙面。所以在这个意义上说，控制孔是径向裂隙的向导。
3、穿层控制爆破卸压裂隙带的形成。
穿层控制爆破就是炸药在穿过岩层后在煤体内爆破，产生的应力波和爆生气体在爆破近区产生压缩粉碎区，形成爆破空腔，煤体固体骨架发生变形破坏，在爆炸空腔壁上产生长度约为炮孔半径数倍的初始裂隙(不同于原生裂隙)，空腔壁上部分原生裂隙将会扩展、张开。应力波过后，爆生气体产生准静应力场，并楔入空腔壁上己张开的裂隙中，与煤层中的高压瓦斯气体共同作用于裂隙面上，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展，进而在爆破孔周围形成径向“之”字形交叉裂隙网。再加上控制孔的作用，形成反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向和环向裂隙进一步扩展，大大增加了裂隙区的范围，由于爆炸应力场的扰动，原生裂隙的瓦斯将作用于己产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。最后，在爆破孔的周围形成包括压缩圈、径向和环向裂隙交错的裂隙及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网。
三、实验总结
1、通过以上实验数据整理分析，在己15-12010机、风巷高抽巷实施深孔松动爆破后，两条高抽巷穿层钻孔的抽放浓度、流量明显提高
，己15-12010机、风巷工作面地应力降低，顶板裂隙增大，煤层瓦斯含量、压力降低，煤层变硬，打钻速度加快，突出预兆减少。工作面推进速度加快。
2、另外从实验数据变化和工作面进度等指标看，还没有达到预定的目标，还需要不断摸索、完善深孔爆破工艺，从而最大程度的降低、消灭突出煤巷的突出危险性，达到预想目标。
关键词：预裂爆破 ； 控制卸压；抽放效果；防突及冲击地压
一、实验应用地点情况
己15—12010机巷位于首山一矿己二采区上部，采面西邻-600m轨道石门、己二采区运输下山及己二采区上部回风巷，东至高沟逆断层附近，北面紧邻白石山背斜，南面尚未开采，对应地面村庄位置为孙湾、高沟。
该工作面标高为：-660m～-680m，埋藏深度790m—810m之间。己15—12010采面上部戊9.10煤层未开采，下部1～6米处为己16-17煤层。
煤层及顶、底板情况：该工作面所采煤层为己15煤层，煤层结构单一，厚度一般在2.91～4.71 m，平均3.50 m，该工作面紧邻白石山背斜，煤层倾角变化较大，在白石山背斜轴部坡度较平缓，几乎在0°左右，在机巷里段坡度较大，一般为11°左右。煤层直接顶板大部为中厚-厚层状泥岩、砂质泥岩,局部为中厚层状细粒砂岩,厚度0.62～9.60m，一般3～6m，因己15－12010采面紧邻白石山背斜轴，断层裂隙发育，顶板岩石破碎，岩体完整性差，大部为Ⅲ～Ⅳ类,局部为Ⅱ类。直接底板大部为泥岩、砂质泥岩，厚度0～5.50m，一般0.50～4.0m，平均3.43m，局部为细粒砂岩，厚度0～7.00m，平均厚4.63m，底板饱和抗压强度平均为20.7MPa，属松软类底板。
工作面采用锚杆、锚索、金属网、W型钢带联合支护。三三布置。煤层瓦斯含量和压力非常大，己15煤层瓦斯压力为2.1MPa、煤层瓦斯含量为17.5m3/t。另外矿在建井期间，分别于2006年3月1日、2006年8月1日在己16-17和戊9-10煤层发生两次瓦斯动力现象。
二、预裂爆破原理
1、单孔的卸压增透机理分析。
在爆炸冲击波和应力波的直接作用下，装药周围的煤体中将形成空腔区，压碎区，裂隙区和震动区。在压碎区和裂隙区内形成了辐射状的
径向裂隙和圆环状的切向裂隙，一方面中断或减弱了围岩中径向和切向应力的传递，降低了围岩的应力，有利于瓦斯的解析，另一方面增加了炮孔附近煤体的透气性，为游离瓦斯的抽放创造了条件。在震动区内，虽然没有形成可见的宏观裂缝，但爆生气体产生的准静态应力场使煤体中原有的微观孔隙(裂纹)发生了损伤，煤体储存的弹性变形能部分得以恢复，应力水平趋于下降，瓦斯变得易于抽放。
2、控制孔的作用分析。
当压缩粉碎圈形成以后，冲击波衰减成为应力波，并以弹性波的形式向介质周围传播，虽然其强度已经低于煤岩体的极限抗压强度，不足以产生压坏，但是由于煤岩体的抗拉强度远远小于其抗压强度，所以当应力波产生的伴生切向拉应力大于煤岩体的抗拉强度时，则岩石即被拉断，形成与岩石破碎区贯通的径向裂隙，随着应力波的继续传播，其强度也继续衰减，因为应力波的传播速度大于裂隙的传播速度，所以当应力波的峰值衰减至小于岩石的强度的时候，已经形成的裂隙仍然继续扩展着，当应力波传播至控制孔孔壁时，立即发生应力波的反射；由于控制孔反射产生的拉应力波以及强间断波阵面后方的弱间断波造成的拉应力的共同作用，使得在沿着爆破孔与控制孔连心线方向上的控制孔边缘也产生了裂隙，并沿着连心线方向上与爆破孔产生的径向裂隙相贯通。因为发生在控制孔方向的裂隙要比其他方向的裂隙要早，所以沿着连心线方向的裂隙限制了其他方向裂隙的产生和扩展；结果沿着爆破孔与控制孔的连心线处产生一贯通裂隙面。所以在这个意义上说，控制孔是径向裂隙的向导。
3、穿层控制爆破卸压裂隙带的形成。
穿层控制爆破就是炸药在穿过岩层后在煤体内爆破，产生的应力波和爆生气体在爆破近区产生压缩粉碎区，形成爆破空腔，煤体固体骨架发生变形破坏，在爆炸空腔壁上产生长度约为炮孔半径数倍的初始裂隙(不同于原生裂隙)，空腔壁上部分原生裂隙将会扩展、张开。应力波过后，爆生气体产生准静应力场，并楔入空腔壁上己张开的裂隙中，与煤层中的高压瓦斯气体共同作用于裂隙面上，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展，进而在爆破孔周围形成径向“之”字形交叉裂隙网。再加上控制孔的作用，形成反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向和环向裂隙进一步扩展，大大增加了裂隙区的范围，由于爆炸应力场的扰动，原生裂隙的瓦斯将作用于己产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。最后，在爆破孔的周围形成包括压缩圈、径向和环向裂隙交错的裂隙及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网。
三、实验总结
1、通过以上实验数据整理分析，在己15-12010机、风巷高抽巷实施深孔松动爆破后，两条高抽巷穿层钻孔的抽放浓度、流量明显提高
，己15-12010机、风巷工作面地应力降低，顶板裂隙增大，煤层瓦斯含量、压力降低，煤层变硬，打钻速度加快，突出预兆减少。工作面推进速度加快。
2、另外从实验数据变化和工作面进度等指标看，还没有达到预定的目标，还需要不断摸索、完善深孔爆破工艺，从而最大程度的降低、消灭突出煤巷的突出危险性，达到预想目标。