王 鵬

(潞安化工集團 調度指揮部，山西 長治 046103)

煤礦強礦壓現(xiàn)象通常發(fā)生在工作面前方支撐應力區(qū)，受應力集中及采動影響導致，表現(xiàn)形式一般為表面煤巖體的飛出、拋射及巷道的變形[1-2]。工作面在開采過程中由于煤體和巖層中的應力激增而產生礦壓災害成為采場主要的安全隱患，已成為亟待解決的工程問題[3]。目前，在高應力區(qū)施工大口徑卸壓孔是較為有效的解決方法，但是，卸壓孔的封孔長度對卸壓效果及巷道變形有著怎樣的影響，需要我們做進一步的研究。

1 工作面概況

余吾煤業(yè)公司位于山西省屯留縣境內，設計能力為750萬t/a，為高瓦斯礦井。礦井主采3號煤層，埋深500～700 m，煤層厚度5～7.25 m，平均厚度5.99 m，煤體硬度1

N2103回風巷道沿煤層頂板掘進，底板留有約2.5 m的底煤；巷道采用錨網索支護(修巷期間巷道頂板進行過二次加固)，巷道原始斷面(寬×高=4.8 m×3.2 m)，修巷后斷面(寬×高=4.8 m×4.0 m)。N2103工作面位于公司北風井東翼采區(qū)，工作面北側為實體煤，南側為北風井東翼5條大巷，西側為實體煤，東側為 N2105工作面(已采)，與 N2103回順之間留設30 m煤柱，N2103強礦壓區(qū)位置如圖1所示。N2103工作面切眼長度320 m，走向長度3 100 m，底板標高 +412～+497 m，埋藏深度586～562 m。

截止N2103工作面發(fā)生強礦壓現(xiàn)象時，工作面已回采1 205 m，回順超前維護長度100 m，采用一梁三柱棚架設大板棚支護，棚距800 mm。超前棚內距切眼20 m范圍，巷道收斂嚴重，巷高2.5 m，巷寬2.5 m；超前棚內巷道底鼓嚴重。

圖1 強礦壓顯現(xiàn)區(qū)域位置

2 卸壓措施及檢測措施

2.1 卸壓孔布置

大直徑鉆孔卸壓是利用鉆孔方法消除或減緩強礦壓危險的解危措施。此法基于施工鉆屑法鉆孔時產生的鉆孔沖擊現(xiàn)象。鉆進愈接近高應力帶，由于煤體積聚能量愈多，鉆孔沖擊頻度越高，強度也越大。盡管鉆孔直徑不大，但鉆孔沖擊時煤粉量顯著增多。因此每一個鉆孔周圍形成一定的破碎區(qū)，當這些破碎區(qū)互相接近后，便能使煤層破裂卸壓。鉆孔卸壓的實質是利用高應力條件下，煤層中積聚的彈性能來破壞鉆孔周圍的煤體，使煤層卸壓、釋放能量，消除沖擊危險[4-6]。

在N2103回風巷道煤墻和煤柱側自切眼20 m往外分別布置卸壓孔，卸壓孔采用具有較大功率的風鉆打眼，插接式麻花鉆桿，距底板高1.5 m，垂直煤墻打設，孔深20 m，孔徑120 mm，間距2 m。每4個為一組，封孔長度分別為不封孔、封孔500 mm、1 500 mm和2 000 mm，煤墻和煤柱側分別布置10組共計80個卸壓孔。

2.2 鉆屑檢測孔布置

為了檢測不同封孔長度對卸壓效果的影響，在N2103回風巷道煤墻和煤柱側分別打一輪鉆屑檢測孔，觀測周期為3 d/次。檢測孔用具有較大扭矩的電鉆打眼，插接式麻花鉆桿，每節(jié)鉆桿長1.0 m，鉆桿和鉆頭直徑為42 mm，鉆孔深度14 m，鉆孔距離底板高度為1.0～1.2 m。l～3 m鉆屑量舍棄，從4 m開始記錄。

鉆屑法檢測強礦壓危險性的指標由煤粉量、深度和動力效應組成。煤粉量是每米鉆孔長度所排出的煤粉的質量，單位為kg；深度是從煤壁至所測煤粉量位置的鉆孔長度，可折算成鉆孔地點實際采高的倍數(shù)，動力效應是鉆孔產生的卡鉆、孔內沖擊、煤粉粒度變化等現(xiàn)象。

確定煤粉量的臨界值，首先需要取標準煤粉量，再結合鉆粉率指數(shù)確定臨界值。

測量標準鉆粉量時應避開地質構造影響帶、超前支承壓力影響帶、殘留煤柱影響帶等典型應力異常區(qū)域。用鉆粉率指數(shù)方法判別工作地點強礦壓危險性的指標[7]，可參照表1的規(guī)定，結合實際情況執(zhí)行。實際鉆粉率達到相應的指標或出現(xiàn)鉆桿卡死現(xiàn)象，可判定所測工作地點有強礦壓危險。

表1 判別工作地點強礦壓危險性的鉆粉率指數(shù)

表1中，鉆粉率指數(shù)=每米實際鉆粉量(kg)/每米正常鉆粉量(kg)，正常鉆粉量是在支承壓力影響帶范圍以外測得的煤粉量。測定煤層正常鉆粉量時，鉆孔數(shù)不應少于5孔，并取各孔煤粉量的平均值。

2.3 表面位移觀測站布置

在N2103回風巷道打設卸壓孔之前先測量1組表面位移作為初始觀測值，打設卸壓孔后，在每組卸壓孔上布置1組測點。每組測點4個(頂?shù)装寮皟蓭?，采用“十”字布點法布置，采用皮尺進行測量，所有測點觀測周期為5 d/次。

3 回風巷卸壓效果分析

3.1 巷道變形情況分析

表面位移觀測站沿切眼往外依次測定了10組數(shù)據(jù)，觀測周期為5 d/次，共觀測了5次。由于篇幅所限，取其中具有代表性的前三組和后兩組進行分析研究，數(shù)據(jù)見表2。

表2 表面位移觀測站觀測數(shù)據(jù)

圖2 巷道寬和巷道高差值

表面位移共測定了5次，選取第一、二、三、九、十組的數(shù)據(jù)做比較，圖2為巷道寬和巷道高在4種封孔長度下的差值。通過對比圖中數(shù)據(jù)可知，巷道寬度受卸壓孔封孔長度影響較大，不封孔時差值為0.28～0.34 m，隨著封孔長度的增加，差值變?yōu)?.26～0.31 m，變形量下降2～3 mm，說明封孔長度越長，巷道寬差值越小，巷道變形較小。主要原因是隨著封孔長度的增加，對巷道原有的支護破壞變小，所以巷道兩幫變形較小。巷道高整體變形較小，變形量為0.18～0.28 m，各種封孔長度下，對巷道高度的變形影響較小。由此可知，封孔長度越長，對巷道的變形影響越小，但是需要綜合考慮卸壓效果和材料消耗來決定封孔長度。

3.2 鉆屑法驗證卸壓效果分析

鉆屑量沿切眼往外依次測定了10組數(shù)據(jù)，觀測周期為3 d/次，共觀測了5次。鉆屑量每1 m記錄1次，1～3 m舍棄，從第4 m開始記錄，記錄之后先對鉆屑量大的地點進行分析，然后取每個點的平均值記錄在表3中。

表3 鉆屑量觀測數(shù)據(jù)

注：當鉆孔深度≤9 m時，臨界值=標準值×1.5；當鉆孔深度>9 m時，臨界值=標準值×2.5

由表3中可知，隨著封孔長度的增加，鉆屑量有了一定量的增加，但是增加較??；主要是受到兩方面的影響，其一是隨著卸壓孔往外延伸，受工作面的擾動影響變小，所以鉆屑量有一定程度的減小；其二是封孔長度的增加，使得卸壓孔內的卸壓效果有一定程度的降低。但是卸壓效果整體較好，在標準值上下浮動，遠離危險值。

4 結 語

通過用鉆屑法和表面位移監(jiān)測兩種方法驗證，可知隨著封孔長度的增加，巷道的變形在減小，鉆屑量有一定程度的增加，但是兩者都在可控范圍內。綜合考慮，如果從節(jié)省材料、卸壓效果及巷道變形綜合分析來看，卸壓孔封孔長度采用2 m，效果較好，我們也會在日后的應用中進一步優(yōu)化各項參數(shù)。