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摘要：在孤岛工作面的开采过程中，由于受到采场的影响，容易出现冲击地压，严重威胁工作面的安全生产。因此，为了确保孤岛工作面的安全生产，根据冲击地压发生机理和采场变形特征，将孤岛工作面类型进行划分，并且需要结合实际情况，采取有效的工作措施。基于此，本文首先针对防冲的孤岛工作面分类进行介绍，同时对其具体应用策略进行探索，旨在为相关工作人员提供参考。
关键词：煤矿开采；孤岛工作面；分类；应用
0引言
在我国很多矿区的开采过程中，都存在孤岛工作面，是指在地质条件复杂的矿井中，由于某种原因，整个矿井被划分为几个相对独立的开采区域，这些区域相互独立、相互影响、相互制约。在这种条件下，虽然可以实现安全高效地开采，但是由于区域内煤炭资源的不断开发利用，很容易导致部分区域形成“孤岛”。如果对“孤岛”工作面的开采不及时或处理不当，将会对整个矿井的生产造成极大影响。因此，为了最大限度地避免和减轻“孤岛”工作面开采引发的灾害，在采煤过程中必须采取相应措施进行防治。
1防冲的孤岛工作面分类研究
1.1可采孤岛工作面
在开采过程中，采空区的大量积水可能导致局部顶板下沉，发生煤壁冲击破坏，在相邻工作面开采过程中，由于采空区积水的存在，使顶板压力增大，极易造成冲击地压的发生。因此，为了避免冲击地压的发生，根据工作面开采过程中产生的影响因素将孤岛工作面划分为可采孤岛工作面和不可采孤岛工作面两类。在可采孤岛工作面中，当发生冲击地压时，由于采场本身具有一定的能量积累作用，在采空区积水和顶板压力作用下可能造成局部冲击破坏，从而引起顶板强烈震动而出现煤壁冲击破坏，可采孤岛工作面又可分为局部有冲击危险、局部无冲击危险和全无冲击危险三种类型[1]。
1.2不可采孤岛工作面
此类孤岛工作面的特点是冲击地压发生前，其上覆岩层一直处于稳定状态，不会发生冲击地压，但是在开采过程中，由于采场附近应力集中，采场前方岩层在自重作用下发生弯曲、剪断或弯曲变形，会引起采空区内的大范围集中应力出现异常。当采场顶底板发生强烈变形时，极易诱发冲击地压，此类工作面的主要特点是冲击危险性小，但是如果巷道围岩有大量松动岩体存在会导致顶板下沉量增大，煤体弹性能增加，抗变形能力变弱，容易发生冲击地压。此类孤岛工作面的主要防治措施是加强巷道围岩的支护强度，降低巷道围岩应力集中程度，同时加强顶板管理工作，减少支架前、后的空间距离，并且在采场内布置应力集中区时，要考虑对相邻工作面的影响。
1.3采取措施后可采孤岛工作面
根据冲击地压发生机理和采场变形特征将孤岛工作面划分为三类，并采取相应的措施，当采场出现中等能量冲击地压时，可根据工作面地质条件采取相应的治理措施，当采场出现大能量冲击地压时，应加强监测预报，并及时采取措施进行治理。在地质构造带附近，若出现中等能量冲击地压时，应加强监测预报，并及时采取治理措施进行治理。
1）应力集中区监测，冲击地压发生前，在工作面前方60 m和后方150 m布置两个微震监测站，对工作面前方应力集中区进行监测。当发生中等能量冲击地压时，微震监测站的监测结果显示，工作面前方应力集中区内的应力明显上升，且应力集中区内的微震事件数量明显增多。
2）顶底板及煤体监测，利用微震监测技术对顶板和底板进行实时观测，及时掌握顶底板及煤体的变化情况[2]。
2基于防冲的孤岛工作面的应用策略
2.1孤岛工作面概况
1）该工作面位于东一采区，走向长度为511 m，倾斜长度为835 m，煤层厚度为3.5~5 m，平均厚度为4.16 m，煤层结构简单。其上覆岩层主要是石炭系山西组和二叠系山西组。煤层倾角比较缓，一般在6。左右，上覆岩层有少量泥岩或页岩夹泥岩。煤层厚度变化较大，一般在0.8~4 m之间，煤层倾角一般为5。~25°之间。该工作面煤层倾角较大，采煤难度较大，具体如图1。
2）由于该工作面的采煤方法是综采放顶煤，因此要使用两个液压支架，一个是切眼支架，另一个是机巷支架。每一次采煤的顺序都是从上往下进行的，这样可以有效避免煤炭的氧化和燃烧，保证开采过程的安全。该工作面采用一次采全高的方式进行开采，所以回采速度比较快，因此需要大量的人力和物力。
3）巷道布置及支护情况。该工作面采用上下顺槽联合布置方式，由于工作面上部有4~5层煤存在着断层和顶板破碎等问题。因此在工作面采空区上部还需要布置2~3层煤来进行支护工作，这样就增加了巷道的工程量。为保证巷道安全运行，必须对其进行支护工作。
2.2冲击地压
冲击地压是指在地质构造、应力集中、煤岩体中积聚能量而突然释放，造成岩层局部的弹性变形，伴随着产生的剧烈动力效应和破坏作用，对采掘空间及相邻巷道、设备造成严重破坏的动力现象。冲击地压有几种主要形式：
1）直接冲击地压：发生在煤岩体中的直接冲击地压。当煤岩体中的能量积聚到一定程度，使其突然释放，造成煤体急剧破坏或煤岩体突然倒塌，对工作面和巷道造成破坏。
2）支架-煤体系统冲击地压：当工作面支架-煤体系统存在较大应力时，发生局部集中应力作用下的煤、岩层的突然破坏、垮落，对工作面和巷道造成破坏。在孤岛工作面开采过程中发生冲击地压的原因有很多，比如地质条件复杂、构造影响大、煤层强度低等。在采煤过程中，如果“孤岛”工作面与其他工作面之间形成了采空区或者煤柱等存在应力集中的空间时，很容易引起冲击地压现象[3]。同时在开采过程中由于人为因素或外界因素引起煤层内局部应力超过临界强度时也会导致冲击地压发生。
2.3煤体中应力的转移与释放
煤体中应力的转移与释放，主要是指在工作面开采过程中，由于地质条件的复杂，在采场中形成的应力集中现象，这种应力集中现象一般出现在工作面推进速度较快、煤层厚度较薄、坚硬顶板等特殊条件下。随着开采的不断推进，采空区内的应力集中现象将会更加严重，很容易导致煤体发生冲击地压，对于这种现象可以采取以下几种措施来避免：第一，煤层的冲击危险性检测和预警。由于不同煤矿煤层赋存条件及地质构造存在较大差异，对开采过程中造成的冲击地压有较大影响，因此，要结合矿井实际情况制定科学合理的监测预警方案，并及时向有关部门和人员通报监测信息。通过监测数据对工作面内的应力状态进行分析，并通过研究煤体的变形、破坏规律和特征，进而提出科学合理的防治方案，最大限度地避免和减轻冲击地压带来的危害。第二，工作面内煤层强度检测和围岩稳定性监测。对工作面内煤层强度进行检测并建立相应数据库，根据工作面开采情况合理选择回采速度，当回采速度较慢时，应适当加大巷道断面尺寸，以增加煤墙与围岩间的接触面积；当回采速度较快时，应适当降低巷道断面尺寸并减少煤墙与围岩间的接触面积。第三，提高开采技术。根据煤层赋存条件和开采技术要求采取相应措施以提高煤层强度和稳定性；根据煤体变形破坏特点适当调整工作面推进速度；根据具体条件采取合理支护措施以提高支护质量和稳定性；加强工作面顶板管理并做好支护工作；采用先进技术手段提高生产效率。
2.4冲击地压防治措施
冲击地压是矿井开采中的一种严重事故，因此，在孤岛工作面开采过程中，必须采取相应措施进行防治。
1）对于发生过冲击地压的矿井，要分析其原因，制定预防措施。矿井发生冲击地压后，要组织专家对矿井发生过的冲击地压进行分析、研究，从而提出有效的预防措施。
2）对于在开采过程中可能发生冲击地压的孤岛工作面，要合理安排开采顺序与工作面布置相协调。例如在对孤岛工作面进行开采时，要先回采3个工作面，再回采4个工作面。
3）对于地质条件复杂、应力集中系数大的孤岛工作面，在开采过程中要通过提前预裂爆破等手段释放煤体应力；在回采过程中要严格控制采煤机运行速度；同时要加强工作面支护工作，确保支护强度和稳定性。
4）对孤岛工作面进行开采时，要严格执行相关规定和作业规程要求。在开采过程中，必须加强对冲击地压危险区域的监测和支护强度的管理工作[4]。在地质条件变化较大时，要及时进行预警和分析、研究工作；在作业过程中严格按照作业规程要求进行操作。
5）在孤岛工作面回采之前必须对区域内煤层进应立即停止注水。最高记录水压作为该钻孔的耐压值，一般耐压值在1.0~1.5 MPa之间，持续注水2~3 h后，关闭注水，观察钻孔是否有水涌出，进一步验证排水效果。对多个钻孔重复上述流程，统计和比较各钻孔的耐压值，为后期排水设计提供参考。根据耐压试验结果，可以进一步优化排水钻孔布局[5]。此外，在注水过程中可以实时监测水压变化，一旦出现异常可以及时停止，防止事故发生，通过测试可以直接获取钻孔的耐压值，为后期排水设计提供依据。与传统水压试验相比，不需要设置水压站等辅助设施，更加经济实惠，同时测试多个钻孔，可以对比分析各钻孔的耐压特性，为优化排水布局提供数据支持。同一钻孔可以多次开展测试，观察水压变化规律，检验排水效果，注水过程中一旦遇障碍能及时发现问题，有利于排障和排水效果的提升。通过注水耐压试验，可以全面和实效地评价定向排水钻孔的排水性能，为煤矿防治水管理提供技术支撑。
3结论
在煤矿防治水作业中应用定向钻探技术，可以提升煤矿防治水效果，保证井下作业安全，增强防治水效率。在应用定向钻探技术的时候，主要是从探查积水、底板承压、顶板水、钻孔防治、注水耐压试验等方面入手，让防治水效果更好，进而提升定向钻探防治积水的水平。
参考文献
[1]牛乔南.煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用研究[J].山西化工，2023，43（8）：176-177.
[2]郭江鹏.定向钻探技术在煤矿防治水中的应用[J].矿业装备，2023（7）：155-157.
[3]杨超.煤矿防治水作业中定向钻探技术的作用及应用微探[J].矿业装备，2022（6）：12-13.
[4]李建功.定向钻探技术在井下防治水作业中的应用探析[J].矿业装备，2022（3）：36-37.
[5]王跃.煤矿防治水作业中定向钻探技术的应用分析[J].当代化工研究，2021（16）：82-83.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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基于防冲的孤岛工作面分类及应用研究论文
人参与 2024-10-18 10:37:00 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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