林治國

（汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 濟寧 272500）

沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警目前仍然是煤礦沖擊地壓治理的難題，沖擊威脅是當前礦井面臨的主要問題[1]，合理有效的監(jiān)測預(yù)警成為煤礦安全生產(chǎn)的重中之重。

1 概況

汶上義橋煤礦有限責任公司3307工作面位于三采區(qū)，其北側(cè)為3305工作面，南側(cè)為3309規(guī)劃工作面，東側(cè)為三采區(qū)膠帶下山，西側(cè)為YF7斷層，埋深在390～760m。3307工作面軌道順槽長1400m，膠帶順槽長1300m，切眼長200m。

1.1 地質(zhì)情況

3307工作面軌道順槽沿煤層底板掘進，3煤層頂板為灰色細砂巖，底板為深灰色粉砂巖。3煤層，黑色，玻璃光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，參差狀，階梯狀斷口，以亮煤、暗煤為主，夾鏡煤條帶，半亮型煤，本區(qū)一般含夾矸1～2層，夾矸為粉砂巖，煤層厚度約3.2～5.7m，平均4.3m。

1.2 煤及頂?shù)装鍥_擊傾向性

2012年10月煤科總院北京開采研究所巖石力學實驗室鑒定了義橋煤礦3煤層頂、底板及其煤層的沖擊傾向性。

1.2.1 煤層沖擊傾向性

動態(tài)破壞平均時間值161ms，平均沖擊能量指數(shù)值1.38，平均彈性能量指數(shù)值2.28，單軸抗壓強度平均值為14.47MPa。綜合判定3煤層具有弱沖擊傾向性，具體如表1所示。

表1 3煤層沖擊傾向性鑒定表

1.2.2 頂板巖石沖擊傾向性鑒定

抗彎強度使用抗拉強度代替。頂板巖層彎曲能量指數(shù)為272.23kJ，判定頂板巖層屬于Ⅲ類，具有強沖擊傾向性。如表2所示。

表2 3號煤層頂板彎曲能量鑒定表

1.2.3 底板巖石沖擊傾向性鑒定

抗彎強度使用抗拉強度代替。底板巖層彎曲能量指數(shù)4.47kJ，判定底板巖層屬于Ⅰ類，無沖擊傾向性。如表3所示。

表3 3號煤層底板彎曲能量鑒定表

1.3 沖擊地壓評價結(jié)論

3307工作面掘進發(fā)生沖擊地壓的可能性為“可能”，沖擊地壓危險狀態(tài)等級為“中等沖擊危險”；沖擊類型以煤柱、構(gòu)造影響耦合誘發(fā)沖擊為主；表現(xiàn)形式為“炸幫”、煤炮或局部煤體涌出。

2 沖擊地壓綜合防治方案

3307工作面采用鉆屑法、KJ615應(yīng)力在線、SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)相互配合的綜合監(jiān)測預(yù)警方式。

2.1 鉆屑法監(jiān)測

鉆屑法是通過在煤層中施工小直徑鉆孔，以每米鉆孔排出的煤粉量大于正常量作為鑒定沖擊地壓危險的一個指標，可在復雜地質(zhì)條件下大范圍采用，具有經(jīng)濟、實用、直觀和可靠等優(yōu)點[2]。

2.1.1 鉆屑法監(jiān)測設(shè)計

（1）揭露煤層1m后，先在正迎頭施工一個鉆孔進行煤粉監(jiān)測。揭露煤層后煤幫長度達到8m以上時開始在迎頭及迎頭后8m范圍內(nèi)，對掘進迎頭及兩幫進行煤粉監(jiān)測；每天掘進不大于10m時，每天早班進行一次監(jiān)測；每天掘進大于10m時，每掘進10m進行一次監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)動壓現(xiàn)象比較明顯時，進行加密鉆屑法監(jiān)測，每5m進行一次鉆屑法。

（2）巷道揭露煤層長度超過200m，在迎頭后煤巷段按間距每幫200m±2m進行監(jiān)測，兩幫交錯布置，每半月監(jiān)測一次，每月兩次監(jiān)測的起始幫必須交替進行，不得兩次均位于一幫。

（3）迎頭揭露斷層等地質(zhì)構(gòu)造，迎頭上部為巖石頂板，下部為煤時，自見煤厚度達到2m以上時，開始實施鉆屑法監(jiān)測；迎頭上部為煤，下部為巖石時，自見煤厚度達到1.5m以上時，開始實施鉆屑法監(jiān)測。

2.1.2 實施方法

（1）每次在正迎頭及兩幫各施工1個鉆孔，孔深不小于12m，孔徑42mm。迎頭煤粉鉆孔垂直于迎頭面，幫部煤粉鉆孔與巷幫走向（迎頭方向）呈45°角布置，監(jiān)測孔上下方向平行于煤層，左右方向垂直于煤壁，孔口距底板以1.0～1.5m為宜。

（2）使用ZQS-50/1.6S氣動手持式鉆機及與其配套的1m插接式麻花鉆桿和Φ42mm鉆頭施工鉆孔，鉆進速度要均勻，推力和鉆孔成一條直線，每1～2min鉆進1m，每鉆進1m測量1次煤屑重量。鉆進到指定深度時，手持式鉆機空轉(zhuǎn)確保鉆屑全部排出。收集鉆出的煤粉（見表4），每鉆進1m測量1次煤粉的體積或重量。將取鉆屑地點、時間、煤粉量，以及鉆進過程中出現(xiàn)的聲響、卡鉆、吸鉆、鉆孔沖擊等異常動力現(xiàn)象記錄在鉆屑法檢查記錄表中。

表4 煤粉量的臨界值

2.2 微震監(jiān)測系統(tǒng)（SOS）

SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)能實時監(jiān)測煤炮事件并科學定位，預(yù)測沖擊地壓高應(yīng)力區(qū)準確率高[3]。因此3307工作面采用SOS微震監(jiān)測系統(tǒng)對工作面24h沖擊地壓危險區(qū)域進行預(yù)測預(yù)報。

隨著巷道掘進，實時捕捉微震事件，按微震事件的分布劃分高應(yīng)力區(qū)開展區(qū)域預(yù)警。微震監(jiān)測處理方法：

（1）監(jiān)測到大能量震動事件（掘進工作面能量達到或超過1×104J），應(yīng)及時詢問震源點附近區(qū)域并記錄現(xiàn)場礦壓顯現(xiàn)、煤炮以及震動破壞情況。

（2）強化微震監(jiān)測過程分析，監(jiān)測到掘進工作面內(nèi)兩小時發(fā)生3次及以上能量大于1.0×103J的微震事件，或一小時發(fā)生1次及以上能量大于1.0×104J的微震事件時應(yīng)立即安排鉆屑法驗證，確認超標時應(yīng)及時進行沖擊危險預(yù)警。

區(qū)域微震監(jiān)測系統(tǒng)主要由井下檢波器、地面采集儀、記錄儀及分析系統(tǒng)組成。井下檢波器分為探頭式與拾震器，探頭式監(jiān)測半徑500～800m，拾震器監(jiān)測半徑2.0km。根據(jù)三采區(qū)規(guī)劃，擬采取“區(qū)間分布—區(qū)內(nèi)集中”的監(jiān)測方式。3307工作面掘進期間擬在三采區(qū)下山布置一個測點，在軌道順槽掘進到1/3處、膠帶順槽掘進到2/3處時分別布置一個測點。

2.3 KJ615應(yīng)力在線監(jiān)測

KJ615掘進工作面沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對工作面圍巖應(yīng)力變化情況的連續(xù)監(jiān)測，提高了沖擊地壓預(yù)警的及時性[4]。揭露煤層50m后，在距迎頭25～30m巷道兩幫煤體內(nèi)安設(shè)一組應(yīng)力傳感器，然后每掘進25～30m時在巷道兩幫安設(shè)一組應(yīng)力傳感器，最里側(cè)一組測點滯后迎頭不大于50m；鉆孔應(yīng)力計安裝深度分別為6m和12m，間隔2～3m；初始油壓為5MPa。根據(jù)揭煤情況可以增加傳感器的安裝數(shù)量。當應(yīng)力傳感器監(jiān)測范圍達到200m時，將最外面的一組應(yīng)力傳感器前移。應(yīng)力在線預(yù)警值設(shè)置如表5所示。

表5 應(yīng)力在線預(yù)警值設(shè)置

2.3.1 處理綠色預(yù)警的方法

當監(jiān)測區(qū)段內(nèi)的所有測點的壓力值都是綠色預(yù)警值時，說明在該區(qū)段內(nèi)無發(fā)生沖擊地壓的可能性或者卸壓措施在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)起到了卸壓作用。

這時只需進行常規(guī)的鉆屑法效果檢驗，如果煤粉量超標，或動力顯現(xiàn)明顯、煤炮頻繁時及時修訂預(yù)警值，否則表明該區(qū)段無沖擊危險性。

2.3.2 黃色預(yù)警處理方法

當監(jiān)測區(qū)段內(nèi)任一組測點達到黃色預(yù)警（或當應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)測點應(yīng)力持續(xù)上升時，2h內(nèi)增量超過1.0MPa），則在預(yù)警點兩側(cè)各5m范圍內(nèi)將卸壓鉆孔加密，由原3m縮小為1m。施工完后，在預(yù)警測點附近施工（距測點1m左右）進行鉆屑法效果檢驗，若煤粉超標或礦壓明顯，則加密卸壓鉆孔，若煤粉量正常且無明顯動壓則只需加強觀測。

當監(jiān)測區(qū)段內(nèi)有兩組及以上測點達到黃色預(yù)警時，必須立即停止生產(chǎn)，生產(chǎn)人員先撤到安全地點，然后由防沖技術(shù)人員進行初步分析。經(jīng)煤粉檢測有沖擊危險時在預(yù)警測點附近進行大直徑鉆孔卸壓進行解危處理。

2.3.3 處理紅色預(yù)警的方法

當監(jiān)測區(qū)域內(nèi)一組測點達到紅色預(yù)警，則在預(yù)警測點附近進行大直徑鉆孔卸壓，并進行鉆屑法檢驗。同時分析預(yù)警產(chǎn)生的原因，以采取對應(yīng)措施。

當監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有兩組以上測點達到紅色預(yù)警，則需要進行停產(chǎn)，分析應(yīng)力增加的原因，采取解危措施，直至危險解除后方可繼續(xù)作業(yè)。

3 結(jié) 語

汶上義橋煤礦有限責任公司堅持“區(qū)域先行、局部跟進、分區(qū)管理、分類防治”的原則，采用鉆屑法監(jiān)測、應(yīng)力在線監(jiān)測和微震系統(tǒng)監(jiān)測相配合的綜合預(yù)警技術(shù)，以沖擊地壓實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)為主，以鉆屑法煤粉檢驗為輔，為監(jiān)測預(yù)警和實施卸壓措施提供了技術(shù)支撐，有效地遏制了沖擊地壓事故的發(fā)生。