巷道掘進(jìn)中卸壓鉆孔設(shè)計(jì)的應(yīng)用

      1 西曲礦概況
　　本井田為多煤層礦井，主要可采煤層為上下兩組，間距為35-53m，煤層賦存平緩，一般傾角為5°，井田南翼深部下組煤層在礦井生產(chǎn)后期另以900m水平開發(fā)，820m和900m水平間，900m和983m水平間以暗斜井聯(lián)系，井田的北部以1150m輔助水平聯(lián)合開發(fā)上、下組煤。由于上、下組煤間距大，聯(lián)絡(luò)斜巷過長(zhǎng)，為了解決輔助運(yùn)輸，在井田中部與1072m水平處，設(shè)一輔助水平大巷，以解決材料、矸石、掘進(jìn)煤以及人員等運(yùn)輸問題。983m水平與1072m水平間，1072m水平與1150m水平間以暗斜井聯(lián)系。
　　西曲礦的應(yīng)力場(chǎng)類型主要為：σH>σV>σh型，最大水平主應(yīng)力方向在N32°W，主要集中在N28°W～N34°W，其中σmax/σmin的比值在1.7～2之間，σmax/σV的比值在0.9～1.1之間。從地應(yīng)力與深度關(guān)系圖上可以看出，最大水平主應(yīng)力隨著深度的增加而增加，最小水平主應(yīng)力也隨著深度呈現(xiàn)近似線性的增加趨勢(shì)。最大主應(yīng)力全部超過11MPa，最大為17.22MPa，屬于中等應(yīng)力礦區(qū)。西曲礦礦井采深大，地應(yīng)力高，礦井主要采用了鉆孔卸壓。本文主要針對(duì)鉆孔卸壓參數(shù)進(jìn)行分析。
　　2 巷道掘進(jìn)中卸壓鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)
　　卸壓鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)主要從鉆孔半徑，鉆孔深度及鉆孔間距三個(gè)方面進(jìn)行理論設(shè)計(jì)。
　　2.1 卸壓孔徑確定
　　根據(jù)沖擊地壓規(guī)范規(guī)程，卸壓孔半徑計(jì)算公式為：
　?。?.1）
　　式中：R0為原始鉆孔半徑;Rc為破裂區(qū)半徑;Rp為塑性區(qū)半徑;U為鉆孔圍巖徑向總變量;Rb為塌落區(qū)半徑;Rb1為原始塌落區(qū)半徑。
　　根據(jù)礦山實(shí)際情況，鉆孔半徑90mm，經(jīng)計(jì)算得：成孔半徑為79.6mm。
　　2.2 鉆孔卸壓孔間距確定
　　卸壓鉆孔間距根據(jù)公式2.2計(jì)算可得：
　　R=βa（2.2）
　　式中：a-鉆孔半徑;β-破裂范圍系數(shù)，
　　β=
　　根據(jù)西曲礦煤層物理力學(xué)參數(shù)，通過公式計(jì)算可得破裂區(qū)貫通半徑 R=855mm。
　　2.3 鉆孔卸壓孔深確定
　　根據(jù)《預(yù)防沖擊地壓規(guī)程》鉆孔深度對(duì)于采掘工作面為煤層厚度（采高）的3倍，對(duì)于巷道側(cè)幫為采高的4倍。鉆孔要求盡可能打在高壓區(qū)。根據(jù)東山煤礦煤層厚度，卸壓鉆孔長(zhǎng)度選取14m即可符合沖擊地壓防治要求也滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。
　　根據(jù)煤礦巷道實(shí)際掘進(jìn)情況，卸壓鉆孔布置采用雙排鉆孔布置，其中下排鉆孔距巷道底板0.5m，上排鉆孔距巷道頂板1.8m。其中鉆孔間距為0.5m，鉆孔深度14m，鉆孔半徑90mm。根據(jù)巷道寬度，設(shè)計(jì)每排6個(gè)鉆孔，上排鉆孔向上與巷道掘進(jìn)方向成15°施工，掘進(jìn)迎頭兩側(cè)各個(gè)向外成10°施工兩個(gè)鉆孔。下排鉆孔設(shè)計(jì)向下與巷道掘進(jìn)方向成10°施工，掘進(jìn)迎頭兩側(cè)各個(gè)向外成10°施工兩個(gè)鉆孔。鉆孔深度為10m加上一個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，根據(jù)每天掘進(jìn)進(jìn)尺情況鉆孔深度取14m。
　　3 卸壓效果分析
　　煤礦巷道實(shí)際掘進(jìn)卸壓鉆孔效果分析主要從理論分析和實(shí)際效果兩個(gè)方面進(jìn)行效果檢驗(yàn)。其中理論分析主要從煤層軟化角度出發(fā)進(jìn)行分析，而實(shí)際效果分析主要從掘進(jìn)迎頭鉆屑量S和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。
　　3.1 煤層軟化
　　根據(jù)C.O巴布柯克經(jīng)驗(yàn)公式，軟化系數(shù)由下式計(jì)算：
　　（3.1）
　　式中：D-鉆孔直徑;W-鉆孔之間的煤體寬度。
　　經(jīng)過計(jì)算可得：K=0.787
　　K=0.787表明巷道掘進(jìn)前方煤體大幅度的軟化，煤層前方支承壓力得到大幅度降低，煤體重的彈性能得到釋放。而實(shí)際生產(chǎn)中鉆孔間距為0.5m說明卸壓鉆孔間距合理。
　　3.2 實(shí)際效果分析
　　工作面順槽屬于煤礦3#煤層的工作面，順槽標(biāo)高-752m，走向長(zhǎng)度2200m，傾向長(zhǎng)200m，煤層平均傾角為6°。13063巷道掘進(jìn)迎頭進(jìn)行鉆孔卸壓，方案試驗(yàn)了150m，經(jīng)歷了現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，掘進(jìn)迎頭鉆屑量S、ΔS和K值減小，大幅度減低了巷道前方應(yīng)力集中程度，使掘進(jìn)巷道前方支承壓力峰值區(qū)向煤體深部轉(zhuǎn)移。從現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)踐證實(shí)，卸壓鉆孔方案設(shè)計(jì)合理，能夠滿足煤礦的安全生產(chǎn)要求，選取其中部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示。
　　結(jié)論
　　本文以巷道掘進(jìn)中卸壓鉆孔方案進(jìn)行設(shè)計(jì)為研究背景，通過采用理論分析法，對(duì)卸壓鉆孔參數(shù)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
　?、僭诟邏簬с@孔時(shí)，通常伴隨著沖擊地壓和煤瓦斯突出，在實(shí)際生產(chǎn)中盡量實(shí)現(xiàn)遙控鉆進(jìn)，同時(shí)在再接接長(zhǎng)鉆桿和更換鉆頭時(shí)，應(yīng)注意井下安全;
　　②當(dāng)巷道掘進(jìn)過程中迎頭遇地質(zhì)條件變化，如過斷層、頂板松軟、破碎或巷道壓力明顯增大造成頂板離層、下沉達(dá)到或超過200mm時(shí)，應(yīng)及時(shí)向調(diào)度室、安全科、技術(shù)科及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，同時(shí)加強(qiáng)巷道礦山壓力監(jiān)測(cè);
　?、坫@到預(yù)定孔深后，清孔，清除煤粉和泥巖;
　　④如遇斷層、煤質(zhì)變軟地段的施工方法：首先在巷道頂部均勻打四個(gè)（具體數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定）鉆孔，長(zhǎng)8m，根據(jù)鉆屑量S和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K值大小。待確定無沖擊地壓后，再進(jìn)行二次鉆進(jìn)。