仝 佳

（山西陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限公司安監(jiān)局 ，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 工程概況

某礦四水平北11層1-3區(qū)二段工作面，位于四水平中部區(qū)二段，主采11#煤層，煤層均厚6.86m，平均傾角為23°，煤層上方偽頂為細(xì)砂巖，均厚0.83m，直接頂為中砂巖，均厚9.47m，基本頂為粗砂巖，均厚32.75m，直接底為細(xì)砂巖，均厚5.6m；工作面傾斜長(zhǎng)度為137m，走向長(zhǎng)度為530m，采用綜采放頂煤采煤工藝進(jìn)行回采作業(yè)，設(shè)計(jì)采高2.6m，該工作面上段為采空區(qū)，工作面與上段采空區(qū)間的煤柱寬度為5～10m。

目前該礦在開(kāi)采四水平時(shí)在11層工作面掘進(jìn)和回采期間發(fā)生4次沖擊地壓，17-1層工作面掘進(jìn)和回采期間發(fā)生8次沖擊地壓。根據(jù)沖擊傾向性的研究和測(cè)定分析，得出四水平北11層1-3區(qū)二段工作面具有強(qiáng)沖擊傾向性，且在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷轉(zhuǎn)采處最易發(fā)生沖擊地壓，故對(duì)于工作面的轉(zhuǎn)角區(qū)域，必須進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)并實(shí)施恰當(dāng)?shù)姆罌_技術(shù)。

2 沖擊地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)

根據(jù)四水平北11層1-3區(qū)段二段工作面的地質(zhì)情況，對(duì)該工作面采用的沖擊危險(xiǎn)程度預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的監(jiān)測(cè)方法包括：點(diǎn)監(jiān)測(cè)、局部監(jiān)測(cè)和區(qū)域監(jiān)測(cè)，這三種監(jiān)測(cè)方法相互配合，其中區(qū)域監(jiān)測(cè)采用SOS微震監(jiān)測(cè)，局部監(jiān)測(cè)采用電磁輻射監(jiān)測(cè)，定點(diǎn)監(jiān)測(cè)包括巷道圍巖變形量、支架的工作壓力和縮量監(jiān)測(cè)、鉆屑法，具體工作面的監(jiān)測(cè)技術(shù)體系如圖1所示。

圖1 工作面沖擊地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)體系

1）SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)微震拾震器的布置原則[1-2]，并結(jié)合該礦的巷道布置，對(duì)四水平北11層1-3區(qū)段二段工作面進(jìn)行有效分區(qū)，依據(jù)工作面開(kāi)切眼、上下順槽和停采線為界，在此基礎(chǔ)上向外延伸200m的范圍，在進(jìn)行有效的分區(qū)后，即可對(duì)各參量在一定時(shí)間內(nèi)的變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而對(duì)不同地質(zhì)、開(kāi)采條件下的微震規(guī)律進(jìn)行研究分析，將研究結(jié)果應(yīng)用于強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)預(yù)警，在工作面回采期間通過(guò)進(jìn)行SOS微震監(jiān)測(cè)能夠有效的反映出工作面回采過(guò)程中的震動(dòng)分布狀態(tài)，從而對(duì)有效對(duì)工作面礦壓防治區(qū)域進(jìn)行游俠的判斷，同時(shí)能夠?qū)Ψ乐涡ЧM(jìn)行有效的檢驗(yàn)。

2）電磁輻射法監(jiān)測(cè)。在工作面運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽的上幫位置處，對(duì)工作面向外10m～110m的范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每條巷道布置12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的間距為10m，具體電磁輻射監(jiān)測(cè)的方式如圖2所示。監(jiān)測(cè)人員應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行處理，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有超限時(shí)應(yīng)及時(shí)采取鉆屑法進(jìn)行校核，若根據(jù)分析結(jié)果得出存在沖擊危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)采用措施進(jìn)行治理。

圖2 電磁輻射監(jiān)測(cè)示意圖

3）鉆屑法監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行該項(xiàng)監(jiān)測(cè)作業(yè)時(shí)，應(yīng)按照施工要求在回采巷道內(nèi)的兩幫布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)鉆孔內(nèi)的每米煤粉量、打鉆過(guò)程中有無(wú)吸鉆、卡鉆、煤粉顆粒的變化等情況進(jìn)行綜合分析，從而有效的確定出應(yīng)力的大小，并對(duì)工作面的強(qiáng)沖擊礦壓的危險(xiǎn)程度進(jìn)行預(yù)估。

3 防沖擊地壓技術(shù)

根據(jù)相關(guān)沖擊地壓的理論研究可知[3-4]，通過(guò)對(duì)煤巖進(jìn)行預(yù)卸壓能夠有效的降低發(fā)生沖擊的概率。對(duì)煤巖預(yù)卸壓主要包括煤巖預(yù)卸壓、煤層預(yù)卸壓、頂板預(yù)卸壓三種形式，其中煤巖預(yù)卸壓能夠有效的提升煤巖層對(duì)震動(dòng)的衰減系數(shù)，煤層預(yù)卸壓能夠有效的降低煤層的沖擊性能，提升煤層破壞時(shí)的能量，頂板預(yù)卸壓會(huì)有效的縮短基本的周期來(lái)壓步距，降低震源破壞時(shí)的能量。為了保證工作面轉(zhuǎn)采附近的安全，提出在工作面回采前對(duì)煤層進(jìn)行注水、大直徑鉆孔卸壓作業(yè)，在工作面的回采期間對(duì)底板和煤體進(jìn)行卸壓爆破，對(duì)頂板進(jìn)行深孔爆破，綜合運(yùn)用這些措施來(lái)保證工作面的安全回采。

3.1 回采前防沖擊地壓預(yù)處理措施

3.1.1 煤層注水

根據(jù)工作面的具體情況，在回采前采取煤層注水措施，以此弱化煤體，降低應(yīng)力集中，釋放壓力，降低沖擊地壓發(fā)生的可能性，煤層注水施工時(shí)具體包括三個(gè)鉆注水孔、注水孔封堵和注水孔注水三項(xiàng)工序，當(dāng)注水孔打設(shè)完畢后，采用風(fēng)封孔器進(jìn)行有效封孔作業(yè)。

在工作面超前200m的范圍外對(duì)煤層進(jìn)行動(dòng)壓注水作業(yè)，具體工作面的動(dòng)壓注水孔的布置參數(shù)如下：在回采巷道煤柱幫側(cè)布置動(dòng)壓注水孔，設(shè)置孔深20m，孔間距為15～20m，注水孔的直徑為65mm，對(duì)注水孔距孔口10m范圍內(nèi)進(jìn)行有效的封孔，在對(duì)注水孔進(jìn)行注水作業(yè)時(shí)控制注水壓力在8～13MPa，具體工作面煤層注水孔布置如圖3所示。

圖3 回采巷道注水鉆孔布置位置示意圖

當(dāng)動(dòng)壓注水作業(yè)注水滿30h后，在工作面前方50～200m的范圍內(nèi)進(jìn)行靜壓注水作業(yè)，并在注水過(guò)程中對(duì)煤體的含水率進(jìn)行效果檢驗(yàn)，當(dāng)煤體內(nèi)的含水率達(dá)到要求后即可停止注水。

3.1.2 大直徑鉆孔卸壓

根據(jù)相關(guān)理論可知，工作面前方100m的范圍內(nèi)均會(huì)受到超前支承壓力的影響，在超前壓力的影響區(qū)域內(nèi)發(fā)生礦壓顯現(xiàn)的概率較大，因此應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)防治，在回采工作面設(shè)備設(shè)備安裝前，在工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷內(nèi)進(jìn)行一次大直徑鉆孔卸壓作業(yè)，具體工作面大直徑卸壓鉆孔的布置參數(shù)如下：

工作面回風(fēng)巷內(nèi)在實(shí)體煤側(cè)在距離底板1.2m的位置處單排布置卸壓鉆孔，設(shè)置孔深15m，孔間距為2m，孔徑大于100mm；煤柱側(cè)單排布置卸壓孔，設(shè)置孔深10m、孔徑大于100mm，鉆孔距離底板的高度為1.2m。

工作面運(yùn)輸巷實(shí)體煤側(cè)的卸壓鉆孔的布置形式與回風(fēng)巷實(shí)體煤側(cè)相同，煤柱側(cè)在距離底板高1.2m的位置處單排布置鉆孔，鉆孔間距2m，設(shè)置孔深4m，孔徑大于100mm。

工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷大直徑卸壓孔布置形式如圖4所示。

圖4 大直徑鉆孔布置位置示意圖

3.2 回采期間沖擊危險(xiǎn)治理措施

3.2.1 煤體及底板卸壓爆破

在工作面回采期間，每日均利用電磁輻射結(jié)合鉆屑法對(duì)工作面進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，通過(guò)微震、電磁輻射和鉆屑等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)工作面的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行有效的劃分，從而進(jìn)一步的對(duì)應(yīng)力的集中區(qū)域進(jìn)行卸壓爆破處理，釋放煤體內(nèi)的彈性能，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析出的危險(xiǎn)區(qū)域前后100m的范圍內(nèi)進(jìn)行煤體卸壓爆破，煤體卸壓爆破時(shí)回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷實(shí)體煤幫上垂直與煤幫打設(shè)10m的鉆孔，鉆孔直徑為42mm，在鉆孔孔底6m的范圍內(nèi)裝入爆破藥卷，在孔口3～3.5m的范圍內(nèi)用炮泥進(jìn)行有效封孔，卸壓爆破孔的間距為5m。

在工作面回采期間對(duì)于底板出現(xiàn)嚴(yán)重底鼓的區(qū)域，在煤體兩幫進(jìn)行卸壓爆破的基礎(chǔ)上再進(jìn)行底板卸壓爆破，在底鼓嚴(yán)重區(qū)域前后共100m的范圍內(nèi)，沿著巷道的中線方向在兩回采巷道內(nèi)打設(shè)底板爆破孔，孔間間距2m，鉆孔深度在8～10m的范圍內(nèi)，設(shè)置鉆孔直徑為42mm，單孔裝藥量為3kg，運(yùn)用速凝水泥隊(duì)孔口4m的范圍進(jìn)行封孔作業(yè)。

具體監(jiān)測(cè)異常區(qū)域的實(shí)體煤幫卸壓爆破鉆孔的布置位置和底鼓嚴(yán)重區(qū)域的底板卸壓爆破的鉆孔的布置位置如圖5所示。

圖5 卸壓鉆孔位置和形式示意圖

3.2.2 頂板深孔爆破

在對(duì)工作面回采前和回采過(guò)程中采取上述處理措施之后，通過(guò)各種檢測(cè)檢測(cè)手段對(duì)卸壓區(qū)域的卸壓效果進(jìn)行有效的檢驗(yàn)，若該區(qū)域仍存在著較高的沖擊危險(xiǎn)性時(shí)，則需對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的頂板進(jìn)行深孔爆破，對(duì)采空區(qū)的懸頂進(jìn)行有效的處理，降低煤體內(nèi)的應(yīng)力集中，從而減小對(duì)巷道圍巖的礦震動(dòng)載程度。

頂板進(jìn)行深孔區(qū)域主要為超前工作面250～300m的范圍和通過(guò)監(jiān)測(cè)分析出的危險(xiǎn)區(qū)域前后各50m的范圍內(nèi)，在進(jìn)行深孔爆破時(shí)設(shè)置鉆孔直徑為65mm，在距煤壁約1.5m的頂板上布置鉆孔，鉆孔間沿著工作面的推進(jìn)方向的間距為15～20m，孔深為30～40m。

3.2.3 轉(zhuǎn)采區(qū)域加強(qiáng)支護(hù)

在保證了巷道的支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)質(zhì)量時(shí)，同時(shí)還需保證有一定程度的讓壓，讓周圍圍巖體的能量能夠有效的釋放，在轉(zhuǎn)采區(qū)域加大錨索的直徑和長(zhǎng)度，提升巷道的支護(hù)強(qiáng)度，并對(duì)錨桿的支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。

4 防治技術(shù)效果

在四水平北11層1-3區(qū)二段工作面采用上述防沖擊地壓的措施后，并對(duì)處理后的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行鉆屑檢驗(yàn)，根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果知本次設(shè)計(jì)的防治沖擊礦壓的方案體系，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)分析得出的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行有效的解危，在現(xiàn)場(chǎng)工作面回采期間，未出現(xiàn)沖擊礦壓現(xiàn)象。