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网片在煤矿开采中的作用

发布者:振超网业 发布时间:2011/11/11 阅读:1411次 【字体:

   矿难的发生,很多时候源于瓦斯爆炸、矿井火灾、矿井水灾、顶板事故等,而近日发生在河南义煤集团千秋煤矿的“11·3”事故则是由于煤矿冲击地压(又称岩爆)所致。请关注

  近日,河南义煤集团千秋煤矿发生冲击地压事故,针对这一事故,河南省省委书记卢展工说,有成功解救被困矿工的经验可以总结,如科研人员对冲击地压这一灾害进行了科学研究和探索;做好煤矿6大系统等基础设施建设,为争取时间、准确定位、制订方案提供了可靠的基础。

  事实上,在我国,随着开采深度的增加和开采范围的不断扩大,北京、抚顺、枣庄、开滦、大同、北票、南桐等矿区的许多矿井,都先后有冲击地压现象发生。专家指出,随着开采深度的不断增加,冲击地压的危害将更加突出。那么,冲击地压究竟是怎么回事?科技日报记者就此采访了国家安全生产专家组专家、中国工程院院士张铁岗,煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心常务副主任、河南理工大学教授王兆丰等相关专家。

  岩爆具有很大的破坏性

  张铁岗介绍,冲击地压又称岩爆,是指井巷或工作面周围岩体,由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象,常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性,是煤矿重大灾害之一。岩爆是深埋地下工程在施工过程中常见的动力破坏现象,当岩体中聚积的高弹性应变能大于岩石破坏所消耗的能量时,破坏了岩体结构的平衡,多余的能量导致岩石爆裂,使岩石碎片从岩体中剥离、崩出。岩爆往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡,已成为岩石地下工程和岩石力学领域的世界性难题。轻微的岩爆仅剥落岩片,无弹射现象。严重的可测到4.6级震级,一般持续几天或几个月。发生岩爆的原因是岩体中有较高的地应力,并且超过了岩石本身的强度,同时岩石具有较高的脆性度和弹性。这时一旦地下工程破坏了岩体的平衡,强大的能量把岩石破坏,并将破碎岩石抛出。

  岩爆发生的原因与特点

  王兆丰进一步解释,岩爆一般是在硬脆岩体高地应力地区,硐室开挖过程中发生的。岩爆大都发生在褶皱构造的坚硬岩石中,与断层、节理构造密切相关。当掌子面与断裂或节理走向平行时,极容易触发岩爆。岩体中节理密度和张开度对岩爆有明显的影响。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时,也可能发生岩爆。岩爆的岩石以砂岩为主,坚硬干燥,在未发生前,无明显征兆,虽经过仔细寻找,并无空响声,即使一般认为不会掉落石块的地方,也会突然发生岩石爆裂声响,石块应声而下。

  岩爆发生的地点多在新开挖的掌子面及距离掌子面1—3倍洞径范围内,个别的也有距新开挖工作面较远。岩爆时围岩破坏的规模,小者几厘米厚,大者可达数吨重。小者形状常呈中间厚、周边薄、不规则的鱼鳞片状脱落,脱落面多与岩壁平行。

  岩爆围岩的破坏过程,一般新鲜坚硬岩体均先产生声响,伴随片状剥落的裂隙出现,裂隙一旦贯通就产生剥落或弹出,属于表部岩爆。由于爆破振动影响,造成开挖洞段应力重新分布,造成碛头较大面积岩爆、爆落出的小块鱼鳞片状碎屑甚至堵塞整个巷道。

  岩爆的八大防治措施

  参与此次“11·3”事故处置的张铁岗院士,在谈到防治措施时指出,处置岩爆,一般有以下八项措施,可根据情况灵活掌握:

  在施工前,要针对已有勘测资料,首先进行概念模型建模及数学模型建模工作,通过三维有限元数值运算、反演分析以及对隧道不同开挖工序的模拟,初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象,为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据。

  在施工过程中,加强超前地质探测,预报岩爆发生的可能性及地应力的大小。采用上述超前钻探、声反射、地温探测方法,同时利用隧道内地质编录观察岩石特性,将几种方法综合运用判断可能发生岩爆高地应力的范围。

  打设超前钻孔转移隧道掌子面的高地应力或注水降低围岩表面张力超前钻孔可以利用钻探孔,在掌子面上利用地质钻机或液压钻孔台车打设超前钻孔,钻孔直径为45mm,每循环可布置4—8个孔,深度5—10m,必要时也可以打设部分径向应力释放孔,钻孔方向应垂直岩面,间距数十厘米,深度1—3m不等。必要时,若预测到的地应力较高,可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂,或向孔内压水,以避免应力集中现象的出现。

  在施工中应加强监测工作,通过对围岩和支护结构的现场观察、通过对辅助洞拱顶下沉、两维收敛以及锚杆测力计、多点位移计读数的变化,可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆,用于指导开挖和支护的施工,以确保安全。在开挖过程中采用“短进尺、多循环”,同时利用光面爆破技术,严格控制用药量,以尽可能减少爆破对围岩的影响并使开挖断面尽可能规则,减小局部应力集中发生的可能性。

  在岩爆地段的开挖进尺严格控制在2.5m以内。加强施工支护工作。支护的方法是在爆破后立即向拱部及侧壁喷射钢纤维或塑料纤维混凝土,再加设锚杆及钢筋网(建筑网片)。必要时还要架设钢拱架和打设超前锚杆进行支护。

  衬砌工作要紧跟开挖工序进行,以尽可能减少岩层暴露的时间,减少岩爆的发生和确保人身安全,必要时可采取跳段衬砌。

  同时应准备好临时钢木排架等,在听到爆裂响声后,立即进行支护,以防发生事故。发生岩爆的地段,可采取在岩壁切槽的方法来释放应力,以降低岩爆的强度

 
 

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