開采保護區(qū)防突技術的應用

保護空間的挖掘是最合適的選擇和最有效的區(qū)域預防和消除沖突措施。在《預防煤和屋頂突出規(guī)定》中，當涂層的最大膨脹變形量為3c時，涂層對涂層的保護效果和保護范圍的研究結(jié)果可適用于其他區(qū)域的同一涂層和保護層。在大淑村煤礦4#煤層作為2#煤層的保護層開采。但在兩煤層之間及2#煤層的上部、4#煤層的下部均沒有巖石巷道可以作為考察巷道,通過對實驗區(qū)現(xiàn)場考察,決定在4#煤層回采工作面的刮板輸送機巷和材料巷中部各施工一個考察鉆孔,然后安裝遠距離考察裝置,在工作面采止線以外考察記錄數(shù)據(jù),直至回采結(jié)束。1瓦斯產(chǎn)出量174206工作面為4#煤層回采工作面,該工作面平均走向長度740～662m,傾斜長度132m,煤厚1.5m,掘進時預計瓦斯涌出量為2.5m3/min,CO2涌出量0.5～1m3/min。4#煤屬于三類不易自燃煤層,煤塵不具有爆炸性,為非突出煤層。4#煤層頂板向上35～38m為突出煤層2#煤層,準備布置172207工作面,但尚未開始采掘。22唐代煤層膨脹變形率的研究2.1工作面變形觀測裝置的安裝由于4#、2#煤層其上下部區(qū)域及之間沒有其他巷道可以作為考察巷道,故考察地點只能選擇在4#煤層174206回采工作面的運料巷和刮板輸送機巷內(nèi),在回采工作面距考察鉆孔240m時施工穿透2#煤層頂板的考察鉆孔并封孔,安裝2#煤層變形測量裝置及遠距離觀測裝置,將觀測點放置在174206工作面采止線以外20m,連續(xù)測定記錄回采工作面在通過考察鉆孔前后的數(shù)據(jù),從而研究2#煤層的的縱向變形規(guī)律進而得到其最大膨脹變形率。2.2鉆孔施工位置及參數(shù)在172206回采工作面刮板輸送機巷及運料巷內(nèi)距采止線80m處分別向2#煤層施工1個鉆孔,并穿透2#煤層的頂板,其施工位置見圖1,鉆孔剖面圖見圖2,鉆孔施工參數(shù)見表1。2.3高溫水泥漿聯(lián)合壓漿法施工鉆孔施工完畢,分別安裝2#煤層膨脹變形量測定裝置。該裝置安裝示意圖如圖3所示。彈簧卡——具有單向行進性,即在鉆孔內(nèi)向里推可順利進入,向外拉則卡在鉆孔內(nèi)壁上;高強度鋼管——100m自身拉伸量<5m,其結(jié)構(gòu)如圖4;位移傳感器——測量精度1mm。加工及安裝步驟如下:以高強度鋼管和內(nèi)徑為Φ20mm鐵管外徑為圓孔直徑加工制作彈簧卡,將1個彈簧卡焊接在高強度鋼管端部以下1.0m位置,彈簧卡下方1.0m位置焊接Φ75mm擋盤,擋盤上纏少量棉紗,以防水泥漿下漏。由于彈簧卡卡腳在膨脹彈簧的支撐下向外張開,鋼管的插入方向與卡腳活動方向相同,故可以順利插入鉆孔底部。插入鉆孔底部后,通過下拉的方式使彈簧卡4個卡腳張開,卡在鉆孔內(nèi)壁上。然后用注漿泵通過高強度鋼管內(nèi)端口向擋盤以上空間注入定量膨脹水泥漿。膨脹水泥漿的配方為500#水泥、石膏、高強膠,其質(zhì)量比為1∶0.3∶0.2。之后將內(nèi)徑為Φ20mm鐵管端部以下1.0m處焊接1個彈簧卡,彈簧卡以下1.0m焊接內(nèi)徑為Φ75mm擋盤,擋盤上纏少量棉紗,同樣為防水泥漿下漏。將內(nèi)徑為Φ20mm鐵管從高強度鋼管外端部套入其外部,將彈簧卡卡在煤層以下1.0m位置處,回拉鐵管使彈簧卡4個卡腳完全張開后,用注漿泵通過內(nèi)徑為Φ20mm鐵管向煤層下部、擋盤上部空間注入定量膨脹水泥漿。這樣高強度鋼管固定在2#煤層頂板巖石中,內(nèi)徑為Φ20mm鐵管固定在2#煤層底板巖石中。在內(nèi)徑為Φ20mm鐵管外端口以里1m位置安裝1個滾動軸承,高強度鋼管搭放在軸承上,以便其發(fā)生位移時可順利滑動。在內(nèi)徑為Φ20mm鐵管外端口處安裝位移傳感器,用于測量高強度鐵管與內(nèi)徑為Φ20mm鐵管的相對位移,高強度鋼管向上滑動則位移值為正,表示煤層膨脹,高強度鋼管向下滑動則位移值為負,表示煤層壓縮。傳感器外安裝保護鐵箱,以防止工作面推過測點位置后頂板垮塌損壞位移傳感器。傳感器電纜穿入高壓膠管、內(nèi)徑為Φ15mm鐵管中,并通過巷道底板延伸至采止線以外20m處,連接傳感器數(shù)據(jù)讀取裝置。2.4更高鋼管預壓機變形率所有裝置安裝檢驗完畢,此時回采工作面距離1#、2#鉆孔距離為180m,開始觀測記錄數(shù)據(jù),直至回采結(jié)束1個月。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)繪制了2#煤層頂?shù)装宸ㄏ蛭灰齐S時間、工作面位置的變化曲線,見圖5、圖6,工作面在考察鉆孔以里方向其距離值為負,在考察鉆孔以外方向其距離值為正。測定裝置所記錄數(shù)據(jù)為高強度鋼管與內(nèi)徑為Φ20mm鐵管的相對位移S,2#煤層沿法向方向的位移為d,鉆孔的傾角為α,其關系為:d=S×sinα(1)變形率根據(jù)式(2)計算得到。n=d/L(2)式中n——壓縮或膨脹變形率;d——壓縮或膨脹量,mm;L——煤層厚度,mm,取表1內(nèi)數(shù)值。傳感器安裝20d后1#、2#鉆孔同時測得2#煤層發(fā)生負位移,表明2#煤層開始被壓縮,沿其傾斜方向,2#煤層上部(即2#鉆孔所測數(shù)據(jù))最大壓縮量為30.3mm,壓縮率為5.5‰,下部(即1#鉆孔所測數(shù)據(jù))最大壓縮量27.7mm,壓縮率4.9‰,到達最大壓縮值后,壓縮量開始減小,到85d左右,壓縮量減小為0,之后2#煤層開始膨脹,沿傾斜方向,2#煤層上部(即2#鉆孔所測數(shù)據(jù))最大膨脹量154.1mm,膨脹率27.8‰,下部(即1#鉆孔所測數(shù)據(jù))最大膨脹量138.6mm,膨脹率24.6‰。3工作面距鉆孔-dm的情況(1)2#煤層頂?shù)装遄冃尉哂袎嚎s-壓縮釋放-膨脹-膨脹減弱-膨脹穩(wěn)定5個階段。(2)2#煤層最大壓縮量發(fā)生在回采工作面距鉆孔-100m左右時,最大膨脹量發(fā)生在工作面距鉆孔60m左右時,膨脹穩(wěn)定發(fā)生在回采1個月以后。(3)開采