李棟梁 徐 超 秦 鵬

（山東省天安礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 曲阜 273100）

1 概述

山東省天安礦業(yè)集團(tuán)有限公司星村煤礦主采3煤層。礦井自投產(chǎn)以來，受深部開采的影響，煤質(zhì)破碎、壓力大，自燃風(fēng)險(xiǎn)與沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)較高，特別是工作面過斷層期間的防火與防沖治理更是難點(diǎn)。超強(qiáng)卸壓使得煤體大范圍嚴(yán)重破碎，導(dǎo)致自然發(fā)火幾率大大增加，回采速度的變慢同樣使得自然發(fā)火幾率幾何式增加。對(duì)于沖擊地壓防治來說，強(qiáng)卸壓、強(qiáng)監(jiān)測(cè)、強(qiáng)支護(hù)、慢推進(jìn)是有效手段；但對(duì)于自然發(fā)火防治而言，煤體完整、快推進(jìn)是保證礦井不發(fā)生自然發(fā)火的重要手段。如何合理有效地管控過斷層期間煤體沖擊地壓危險(xiǎn)與自然發(fā)火危險(xiǎn)成為安全生產(chǎn)所面臨的難題。

星村煤礦現(xiàn)回采的3306 工作面總體構(gòu)造形態(tài)為單斜構(gòu)造，局部發(fā)育小幅緩波狀褶曲。工作面煤層走向北30°～40°西，傾向北50°～60°東，傾角3°～15°，平均11°。SF101 斷層貫穿整個(gè)工作面，對(duì)回采影響較大，致使工作面局部破巖石及丟底煤。SF101 斷層情況見表1，SF101 斷層示意圖如圖1。

圖1 3306 工作面SF101 斷層示意圖

表1 SF101 斷層情況表

如何有效管控?cái)鄬悠陂g的防火與防沖重大風(fēng)險(xiǎn)，成為了解決問題的重點(diǎn)。

2 自然發(fā)火與沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)

由于過斷層期間自然發(fā)火重大風(fēng)險(xiǎn)與沖擊地壓重大風(fēng)險(xiǎn)共存，采取分項(xiàng)治理沖擊地壓與自然發(fā)火的同時(shí)，需對(duì)重點(diǎn)區(qū)域采取綜合治理的方式進(jìn)行管控。

2.1 過斷層期間沖擊地壓防治技術(shù)

主要從四個(gè)字入手，一減：減少工作面推進(jìn)度，根據(jù)工作面壓力顯現(xiàn)具體分析及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；二卸：重點(diǎn)對(duì)斷層尖滅位置進(jìn)行卸壓，爆破孔再向兩端延伸，輔助卸壓的措施要堅(jiān)持；三支：加強(qiáng)運(yùn)順的頂幫支護(hù)；四控：控制危險(xiǎn)區(qū)域施工人員，把人減下來。

2.1.1 大直徑鉆孔卸壓

對(duì)斷層區(qū)域施工大直徑鉆孔進(jìn)行預(yù)防性卸壓。鉆孔布置：每?jī)膳配搸┕ひ粋€(gè)鉆孔（孔間距1.6±0.5 m），鉆孔布置在巷道底板向上1.5±0.5 m，施工高度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。鉆孔直徑150 mm，鉆孔深度L ≥23 m（施工至巖石時(shí)，以實(shí)際施工深度為準(zhǔn)），鉆孔角度：水平角度垂直于煤壁，垂直角度與煤層傾角一致。

2.1.2 頂板深孔爆破卸壓

孔間距均為15 m，鉆孔深度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行調(diào)整，每孔裝90 卷煤礦許用二級(jí)水膠炸藥（規(guī)格Φ27 mm×400 mm×300 g），裝藥長(zhǎng)度12 m；均為正向裝藥，孔內(nèi)并聯(lián)，孔間串聯(lián)；使用毫秒延期同段電雷管，每根母線長(zhǎng)度與雷管自身的腳線接起來后應(yīng)不少于卸壓爆破孔深度，并且雷管與雷管之間能用腳線連接；采用FD200 型發(fā)爆器起爆，一次起爆不超2 個(gè)孔，要保證發(fā)爆器電量充足；炮眼用速凝水泥藥卷封孔，炮眼封滿封實(shí)。爆破卸壓裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

圖2 爆破卸壓裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

（1）運(yùn)順頂板爆破卸壓

根據(jù)工作面斷層實(shí)際情況，運(yùn)順施工兩組頂板深孔爆破孔。運(yùn)順深孔爆破參數(shù)見表2，運(yùn)順側(cè)整體卸壓示意圖如圖3。

圖3 運(yùn)順側(cè)整體卸壓示意圖

（2）軌順頂板爆破卸壓

根據(jù)工作面斷層實(shí)際情況，軌順施工9 組頂板深孔爆破孔，見表2。軌順側(cè)整體卸壓示意圖如圖4。

表2 運(yùn)順深孔爆破參數(shù)表

表3 軌順深孔爆破參數(shù)表

圖4 軌順側(cè)整體卸壓示意圖

2.2 過斷層期間自然發(fā)火防治技術(shù)

主要從強(qiáng)化常規(guī)防火措施以及監(jiān)測(cè)兩方面入手。

2.2.1 縮短管路間距

工作面接近斷層50 m 前兩順鋪設(shè)注漿、注氮鋼管，軌順注漿管路沿工作面方向鋪設(shè)3～10 m，注漿、注氮管路鋪設(shè)間距30 m 左右；工作面接近斷層30 m 前在軌道順槽側(cè)沿工作面方向鋪設(shè)多出口注漿管，管路長(zhǎng)度不小于60 m，第一個(gè)三通出口距軌順不小于30 m，靠近溜頭的末端一節(jié)設(shè)三通出口，出口不設(shè)悶頭；過斷層期間多出口注漿管鋪設(shè)間距50 m 左右。

2.2.2 強(qiáng)化常規(guī)防火措施

運(yùn)順頂板施工防火鉆孔采用三排布置：順槽支架與非采幫之間施工一排鉆孔，兩順槽支架之間施工一排鉆孔，順槽支架與采幫之間施工一排鉆孔，角度60°～80°傾向采空區(qū)方向，間距3 m 左右，鉆孔深度為3～5 m 或至巖石頂板，具體施工鉆孔根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置、角度。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無施工空間無法施工時(shí)，暫不施工鉆孔，在此區(qū)域推至端頭處必須加強(qiáng)對(duì)此區(qū)域插眼注防火材料處理。運(yùn)順非采幫端頭架至后尾梁之間施工防火鉆孔，鉆孔位置距底板約1.5 m，角度60°～80°傾向采空區(qū)方向，間距2 m 左右，鉆孔深度為3 m 左右。1#～10#架間施工防火鉆孔，鉆孔角度60°左右，深度4 m左右，鉆桿前端設(shè)0.3～0.5 m 的花管，管與管之間用內(nèi)接絲連接，封孔用棉紗封孔，保證封孔質(zhì)量。運(yùn)順煤壁10 m 外鉆孔以注水、防火劑等防火材料，煤壁10 m 內(nèi)至端頭處注凝膠處理。工作面架間防火鉆孔注水、防火劑等防火材料處理，移架等因素破壞鉆桿時(shí)及時(shí)補(bǔ)打鉆孔并注防火材料處理。

2.2.3 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

工作面接近斷層50 m 前在兩順鋪設(shè)監(jiān)測(cè)束管，束管出口使用花管保護(hù)，將束管引至兩順煤壁外并做好保護(hù)。束管鋪設(shè)間距15 m 左右，每周不少于6次采樣。

2.2.4 強(qiáng)化注漿注氮工藝

軌順注漿及注氮交替進(jìn)行，注漿管路選擇進(jìn)入采空區(qū)約50 m，每次壓注量約100 m3；注氮管路選擇進(jìn)入采空區(qū)約30～40 m，注氮流量約500 m3/h。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出水及兩隅角氧氣情況適當(dāng)選擇注漿、注氮一次性壓注量。當(dāng)回風(fēng)流一氧化碳?xì)怏w大于10 ppm 且有上升趨勢(shì)時(shí)，對(duì)采空區(qū)壓注阻化泡沫處理。管路選擇運(yùn)順注氮管路進(jìn)入采空區(qū)約40 m，具體管路選擇根據(jù)氣體分析情況適當(dāng)調(diào)整，一次性壓注量約3 t，具體情況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整一次性壓注量。

2.3 沖擊地壓與自然發(fā)火綜合管控

（1）針對(duì)卸壓大孔及深孔爆破位置，每隔20 m 敷設(shè)一束管，每周取樣分析一次，進(jìn)入采空區(qū)后不再取樣分析。

（2）對(duì)于出現(xiàn)大震動(dòng)區(qū)域及時(shí)補(bǔ)注凝膠進(jìn)行防火預(yù)處理，如在采空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)較大震動(dòng)，及時(shí)根據(jù)預(yù)留的管路進(jìn)行注漿或注氮處理。

3 風(fēng)險(xiǎn)控制效果分析

主要從過斷層期間的自然發(fā)火指標(biāo)性氣體及工作面震動(dòng)能量、頻次來驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)控制效果。

3.1 過斷層期間自然發(fā)火指標(biāo)性氣體分析

（1）從工作面回風(fēng)流一氧化碳濃度變化來看，整體變化不大，未連續(xù)出現(xiàn)回風(fēng)流一氧化碳濃度超過10 ppm 情況。

（2）從采空區(qū)束管分析數(shù)據(jù)來看，未連續(xù)出現(xiàn)采空區(qū)一氧化碳濃度超過100 ppm 情況，根據(jù)以往防火經(jīng)驗(yàn)視為采空區(qū)無自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 過斷層期間震動(dòng)能力及頻次分析

3306 工作面過斷層期間震動(dòng)631 次，震動(dòng)能量57 萬焦，平均每天震動(dòng)21 次，平均每天震動(dòng)能量19 000 J。工作面1000 J 以上震動(dòng)主要集中在工作面超前影響區(qū)域和卸壓區(qū)域，震動(dòng)多分布于運(yùn)順側(cè)斷層下盤，而軌順側(cè)震動(dòng)較少。

根據(jù)以往工作面震動(dòng)次數(shù)及能量來看，過斷層期間未發(fā)生超過10 萬焦震動(dòng)，整體分析工作面無沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)斷層落差大、延展距離長(zhǎng)、煤體破碎、巖石多等難題，必須強(qiáng)化工作面過斷層期間的沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)與自然發(fā)火風(fēng)險(xiǎn)的管控措施，堅(jiān)持強(qiáng)卸壓，為沖擊地壓防治提供最有效的手段。針對(duì)強(qiáng)卸壓后煤體破碎，自然發(fā)火隱患大大增加的情況，在強(qiáng)卸壓位置進(jìn)一步強(qiáng)化預(yù)防自然發(fā)火的措施。

（2）健全自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，加強(qiáng)自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，堅(jiān)持每周一次的束管采樣分析，為過斷層期間防火措施的調(diào)整與實(shí)施提供依據(jù)。