文/吳 昕

平煤股份四礦作為中國平煤神馬集團唯一一家四組九層聯(lián)合開采礦井，煤層間存在復雜壓茬關系，保護煤柱上下重疊布置，兩翼多煤層同時開采，導致應力復雜多變、相互疊加，尤其是隨著礦井采深增加和服務年限延長，造成礦井布局困難、巷道失修嚴重和前掘后翻、回采邊采邊修等一系列問題，給采掘接替、安全生產(chǎn)和礦井達標創(chuàng)建工作帶來了嚴重影響。

近年來，四礦經(jīng)過深入研究和持續(xù)探索，找出了解決上述問題的關鍵因素，即把應力超前分析作為突破制約安全生產(chǎn)瓶頸的有效手段和達標創(chuàng)建的重要抓手，通過5年多持續(xù)不懈的努力，有效破解了深井高地壓支護和礦井高應力瓦斯治理難題，有力推動了安全高效礦井建設。目前，四礦巷道失修率逐年降低，年節(jié)約巷修資金4000萬元以上；在防治突出上，措施針對性更強、效果更好，杜絕了瓦斯事故。

一、抓源頭，找準安全生產(chǎn)標準化切入點

1.對高應力認識不足導致支護效果不理想

過去，四礦由于對多層開采互相擾動造成的高異常應力分布認識不足，更多地認為采深增加是高應力產(chǎn)生的主要原因，沒有很好解決應力異常和支護之間的矛盾，支護效果不太理想，致使己16-17-23100切眼布置在應力集中區(qū)內(nèi)，支護難度增大，出現(xiàn)過“百日工程”；造成丁戊組石門大巷（大弧板段）及交岔點、戊九進風眼交岔點、三水平上車場、上水平穿層軌道、上水平皮帶下上段、主斜井二部等主要巷道破壞嚴重，采用多種支護方式，都沒有很好解決問題。

2．強化應力分析研究，掌握復雜應力分布規(guī)律，為巷道設計施工及超前采取措施提供依據(jù)

近年來，四礦重新審視技術攻關方向，以應力分析為突破口，在反復研究及實踐論證下，查找出引起高應力產(chǎn)生的根本原因，主要是多煤層同時開采遺留煤柱與采掘活動造成應力集中相互疊加，進而導致應力分布異常。四礦在應力分析研究的基礎上，掌握了復雜應力分布規(guī)律，劃分出6種不同應力種類：上覆煤層遺留煤柱造成的應力集中、下覆煤層遺留煤柱造成的應力集中、上覆煤層回采形成的動壓區(qū)、下覆煤層回采對上層形成的采動應力、本煤層回采形成的動壓區(qū)、多煤層同時開采形成的疊加應力。

通過研究與掌握遺留煤柱和應力集中區(qū)的基本情況，為巷道設計施工以及超前采取措施提供了可靠依據(jù)。

一是巷道布置必須有效避開應力集中區(qū)，優(yōu)先布置在應力降低區(qū)；無法避開的，優(yōu)化支護參數(shù)、提高支護強度。比如，四礦己15-23130風巷外段350m巷道，壓力大、變形嚴重、支護困難。研究發(fā)現(xiàn)該段巷道處于上覆丁組采區(qū)三角煤柱區(qū)內(nèi)，形成了遺留煤柱應力集中區(qū)。四礦通過系統(tǒng)分析論證煤柱應力影響范圍，測算應力集中系數(shù)，并依據(jù)耦合讓均壓支護理論，對巷道支護參數(shù)進行優(yōu)化設計，有效提升了該段巷道支護強度，巷道斷面收縮率控制在10%以內(nèi)。目前，四礦在采面回采過程中，遇見斷層不再采取跳眼措施，而是直接推進，避免因遺留煤柱引起下部巷道圍巖應力集中。

二是存在壓茬關系的巷道，避免同時開采造成相互采動影響。比如，根據(jù)生產(chǎn)接替計劃，該礦己15-23090、戊9-10-21050兩個采面將同時回采，但由于兩采面存在上下壓茬關系，考慮到相互采動應力影響，暫緩了戊9-10-21050的開采。

三是高度關注相鄰礦井的采掘布置和開采情況，存在壓茬關系的，充分考慮同時開采及上部留設小煤柱造成的應力相互影響。比如，四礦己16-17-21270采面回采期間，與二礦庚組采面回采存在上下壓茬關系，因沒有及時了解情況和采取措施，造成該采面機風巷支護失效，被迫進行二次返修。鑒于此教訓，四礦己15-23090采面與二礦庚20-21140采面存在壓茬關系，經(jīng)過與二礦溝通以及經(jīng)集團總辦室協(xié)調(diào)，二礦庚20-21140采面暫緩開采。目前，四礦己組工作面穿越一四和四六礦丁戊邊界煤柱時，通過超前應力分析、相互溝通協(xié)調(diào)，加強三探一防和支護措施，消除了突出危險，實現(xiàn)了有效支護，確保了安全生產(chǎn)。四礦通過在應力分析方面的探索與實踐，有效解決了相鄰礦井因采動影響和遺留煤柱造成的巷道支護難題，為支護工藝優(yōu)化、巷道合理布置提供了依據(jù)、創(chuàng)造了條件。

二、求突破，破解安全生產(chǎn)標準化瓶頸制約

1.探索形成超前應力分析應用科學有效的思路及方法

近年來，四礦把應力超前分析作為礦井技術管理的切入點，以圍巖應力分布理論為基礎，將應力分析工作貫穿于工程全過程，探索形成了事前預判、事中控制、事后總結的一整套行之有效的超前應力分析應用的思路和方法。

一是在工程設計前，采取現(xiàn)場調(diào)查、理論分析、數(shù)值計算等方式，對工程區(qū)域進行全面應力分析，找出應力集中影響范圍及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，作為工程設計和瓦斯治理的依據(jù)。

二是在施工過程中，把應力集中區(qū)作為工作重點，注重應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，特別是把支護質量和瓦斯超前防治作為關鍵，為工程施工提供科學指導。

三是在工程施工后，開展應力分析總結，對支護效果、瓦斯防治及施工情況進行回顧，總結成功經(jīng)驗及失誤教訓，為以后同類工程的設計及施工提供借鑒。

2.應力超前分析應用為礦井安全高效生產(chǎn)提供有力支撐

在超前應力分析這一思路的引領下，四礦選準薄弱環(huán)節(jié)，加快技術攻關，有效組織實施，有力破解了巷道支護、防突消突、高產(chǎn)高效等方面的瓶頸制約，取得了顯著成效。

一是實現(xiàn)了巷道有效支護。通過超前應力分析，四礦科學確定支護形式與支護強度，在支護上實現(xiàn)了“支的住、支的省”。針對丁戊組石門大弧板、三水平上車場、三水平穿層軌道等重要地點圍巖流變、破碎破壞狀況，采用“三噴二錨二注漿”支圍一體化錨注技術，有效解決了高地壓永久巖巷支護難題。經(jīng)過應力預判分析，不僅保證了巷道支護質量，增加了巷道服務年限，減少了巷道重復維修，而且大幅節(jié)約了材料投入，如己15-23130機風巷、己15-31020機風巷等工程，累計節(jié)約維修費用3500多萬元，節(jié)約材料費用800多萬元。

二是提高了瓦斯防治水平。近年來，在超前應力分析的基礎上，四礦在應力集中區(qū)采取針對性強化措施，相繼開展了高位鉆孔穿層抽采、風巷埋管抽采上隅角和采空區(qū)瓦斯、順層鉆孔抽采保護層本煤層瓦斯、高抽巷同時抽采保護層和被保護層瓦斯等技術的研究與應用，實現(xiàn)了對瓦斯災害的有效防治。如針對己15-31040機巷穿越四六礦丁戊組邊界煤柱應力集中區(qū)，瓦斯突出危險性增大等問題，四礦在應力集中區(qū)內(nèi)加密卸壓鉆孔，由6米每組增加到3米每組，確保卸壓效果，實現(xiàn)超前消突。

三是推動了礦井高產(chǎn)高效。隨著巷道一次支護質量的提高，錨網(wǎng)技術的有效廣泛應用，以及瓦斯異常突出等一系列問題的解決，礦井生產(chǎn)力得到進一步解放，生產(chǎn)效率大幅提高。如己16-17-23140采面切眼工程，通過超前應力分析，避開應力集中區(qū)布置，下分層切眼大斷面一次成巷支護成功，相比以前同類工程工期縮短一半，工效提高一倍以上。

總之，四礦以應力分析為突破口，通過持續(xù)探索實踐，構建形成了一套集現(xiàn)場論證、規(guī)律分析、技術應用、參數(shù)優(yōu)化于一體，行之有效的應力分析工作思路，逐步破解了巷道變形嚴重、支護施工困難、單進水平較低和瓦斯異常動壓等瓶頸制約，為深井高地壓巷道布置、支護施工和瓦斯治理等方面做出了有益探索，從而助推了安全高效礦井建設。