郝旭東

【摘 要】 文章針對深部開采造成的沖擊地壓威脅礦井安全生產(chǎn)的問題，以大興煤礦2北206工作面為研究對象，采用理論分析和現(xiàn)場實測的研究方法探究了工作面回采期間沖擊地壓分區(qū)、治理措施和效果。研究結(jié)果表明：（1）2北206工作面回采期間共存在7個弱沖擊危險區(qū);（2）提出了大直徑鉆孔卸壓、煤層超前注水和底煤卸壓爆破的聯(lián)合解危卸壓措施;（3）現(xiàn)場觀測結(jié)果表明：采用上述解危卸壓措施后，巷道淺基點和深基點最大應(yīng)力監(jiān)測值分別為7.24 MPa和6.08 MPa，工作面回采期間圍巖活動強度較低，超前支承壓力較小，解危卸壓效果良好。此研究為類似工程地質(zhì)條件礦井沖擊地壓防治提供了參考。

【關(guān)鍵詞】 沖擊地壓;多因素耦合;區(qū)域劃分;卸壓措施

【中圖分類號】 TD324 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2022）01-0015-03

隨著淺部煤炭資源逐漸枯竭，我國煤炭開采逐年向深部拓展。但是，隨著采深的增大，且特厚堅硬頂板條件下，沖擊地壓危險性顯著增強，嚴重制約了沖擊地壓礦井的安全高效生產(chǎn)。如何降低沖擊地壓危險，成為科研人員和礦山科技工作者關(guān)注的焦點問題。對此，張坤等通過對深部厚煤層沖擊地壓形成機理的分析，提出了一種深埋堅硬頂板厚煤層沖擊地壓的多因素耦合監(jiān)測及防治方法。陳志昂采用深孔爆破技術(shù)有效防治了耿村礦13230工作面深埋堅硬頂板特厚煤層沖擊地壓。李亞賓對門克慶煤礦大埋深厚煤層進行了沖擊危險指數(shù)評價和分區(qū)，針對不同區(qū)域的沖擊地壓制定了相應(yīng)的解危卸壓措施。

基于上述研究成果，本文以大興煤礦2北206工作面為工程背景，對深部特厚堅硬頂板工作面回采期間沖擊地壓分區(qū)及防治技術(shù)進行研究，以期為類似工程地質(zhì)條件礦井沖擊地壓防治提供借鑒。

1工程背景

1.1工程概況

大興煤礦2北206工作面位于2#煤北翼采區(qū)，西鄰2北202工作面，北靠北翼采區(qū)軌道下山，南鄰F3斷層，東鄰2北208工作面（設(shè)計）。工作面煤層平均厚度4.0m，平均傾角22°，平均埋深660.5m，煤層賦存穩(wěn)定，煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

1.2工程問題

2北206工作面煤層平均埋深為660.5m，最大埋深為727.8m，處于沖擊地壓危險指數(shù)中低階段，具備了沖擊地壓發(fā)生的深度條件。工作面頂板存在厚度超過10m的細砂巖，平均抗壓強度為116MPa，屬中等穩(wěn)定、堅硬巖層，該巖層的斷裂、運動易誘發(fā)礦震、沖擊地壓等動力災(zāi)害。此外，2北206工作面范圍內(nèi)斷層不發(fā)育，但工作面南部靠近F3斷層，存在斷層誘發(fā)沖擊地壓危險的可能性。因此，針對影響工作面沖擊危險的因素，制定合理有效的卸壓解危措施，可降低2北206工作面沖擊地壓發(fā)生的危險性，為工作面安全生產(chǎn)提供保障。

2工作面沖擊危險因素分析及危險區(qū)域劃分

影響2北206工作面沖擊地壓危險的因素主要有：巷道交叉、埋深、斷層、覆巖運動和工作面停采線等。根據(jù)上述因素對2北206工作面沖擊危險進行分級和分區(qū)，并采用多因素耦合法對各影響因素的危險區(qū)域位置和危險等級疊加，最終確定工作面采掘期間的沖擊地壓危險區(qū)域及等級。

2.1覆巖運動影響區(qū)

基本頂初次破斷階段。2#煤偽頂為0.5～2.5m厚的泥巖，直接頂為30.9m厚的泥鈣質(zhì)膠結(jié)細砂巖，局部為泥巖夾層，老頂為16.2m厚的粗砂巖。工作面基本頂初次垮落引發(fā)強礦壓顯現(xiàn)，加之煤層強度高，極易引發(fā)沖擊動力顯現(xiàn)和較大的震動發(fā)生。由于偽頂和直接頂垮落后采空區(qū)充填密實，礦壓顯現(xiàn)不強烈。由相鄰2北202工作面礦壓觀測結(jié)果可知，初次來壓步距約為26m，周期來壓步距約為11m。受到工作面開切眼傾斜和調(diào)采等影響，2北206工作面將分段來壓，靠近運輸巷的最上段首先來壓，且來壓步距將比正常工作面增長，然后分段來壓到達最下端。因分段來壓使得來壓范圍減小、來壓強度降低，但下端（材料巷附近）初次來壓時，可能和上端（運輸巷附近）周期來壓重疊。因此，基本頂初次來壓前后，將軌道順槽（材料巷）距切眼26m，運輸順槽距切眼26m處的20m范圍的沖擊危險等級均劃為弱沖擊危險。

工作面“一次見方”階段。若工作面頂板存在硬厚巖層且采深較大，工作面初采期間，由于采空區(qū)面積較小，頂板硬厚巖層運動有限，頂板結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。當工作面推進長度與工作面長度相同時，工作面處于“一次見方”階段，此時工作面頂板巖層將發(fā)生劇烈運動。2北206工作面推進約110m后，工作面進入“一次見方”階段。在工作面“一次見方”階段，采空區(qū)頂板巖層受力發(fā)生變化，采場支承壓力增大，頂板運動劇烈，易產(chǎn)生沖擊事故，故將運輸巷及材料巷“見方”前60m、后20m區(qū)域劃為弱沖擊危險區(qū)域。

2.2斷層危險區(qū)

2北206切眼受到多條斷層的影響，雖然斷層落差較小，但巷道掘進的超前支撐壓力與斷層的側(cè)向支撐壓力疊加，會使得巷道在接近斷層的過程中壓力增大。此外，2北206切眼靠近F3斷層，存在斷層誘發(fā)沖擊地壓危險的可能性。故將切眼全長劃為弱沖擊危險區(qū)域。

2.3巷道交叉及停采線影響區(qū)

停采線影響區(qū)及在巷道轉(zhuǎn)彎、交叉位置容易形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生大量震動，是容易發(fā)生沖擊地壓事故的區(qū)域。據(jù)此將停采線影響區(qū)及巷道轉(zhuǎn)彎、交叉處劃為弱沖擊危險區(qū)，此區(qū)域包括的巷道主要有北翼采區(qū)專用回風巷、2北206材聯(lián)以及2北202材聯(lián)等。

2.4回采期間沖擊危險多因素耦合結(jié)果

通過對上述沖擊危險區(qū)的多因素耦合，共得到2北206工作面回采期間弱沖擊危險區(qū)7個，分別為：2北206運輸巷（從切眼至停采線，危險區(qū)長度420m）、2北206運輸巷（從停采線至北翼采區(qū)皮帶下山，危險區(qū)長度142m）、2北206材料巷（從切眼至停采線，危險區(qū)長度487m）、2北206材料巷（從停采線至北翼采區(qū)皮帶下山，危險區(qū)長度142m）、2北206材聯(lián)和第一聯(lián)絡(luò)巷（軌道和皮帶下山與材料巷間的聯(lián)絡(luò)巷道）、北翼采區(qū)專用回風巷（材料巷與軌道巷之間）和2北206切眼（切眼全長）。

3工作面沖擊地壓解危卸壓措施

3.1大直徑鉆孔卸壓

回采巷道。根據(jù)沖擊危險區(qū)劃分，2北206回采巷道為弱沖擊危險，在巷道回采兩幫每間距3m打一個卸壓孔，鉆孔深16m，孔徑110m，鉆孔距底板0.5～1.5m;卸壓鉆孔從里到外施工到停采線結(jié)束;回采前，從切眼開始往外至少先施工完200m鉆孔，以保證回采后鉆孔施工超前工作面200m以上。

回采工作面。正?；夭善陂g，回采工作面不進行卸壓施工。如果回采工作面煤粉監(jiān)測指標超限，或微震監(jiān)測出現(xiàn)預(yù)警，或礦壓顯現(xiàn)強烈，并經(jīng)確認有沖擊危險時，應(yīng)進行解危卸壓，鉆孔布置及參數(shù)同回采巷道。

3.2煤層超前注水

2北206材料巷、運輸巷各距切眼20m處開始布置注水鉆孔，鉆孔沿煤層傾斜方向施工，鉆孔角度與煤層傾角一致，鉆孔深度為35m，孔間距為15m，距切眼20m處施工的鉆孔為1號鉆孔，依次往外施工鉆孔并編號，直到停采線為止。

超前工作面20m開始注水，封孔材料為速凝劑，封孔長度為2m，注水時間為24h。要安裝壓力表和注水量表，注水壓力不低于2MPa，噸煤注水量為0.02m3/t。

3.3底煤卸壓爆破

雖然巷道掘進期間已對底煤厚度超過1m的區(qū)域進行底板卸壓，但工作面回采期間巷道底板因受超前支承應(yīng)力影響而可能發(fā)生應(yīng)力集中，進而導(dǎo)致沖擊危險發(fā)生，故應(yīng)在工作面回采期間對底煤進行卸壓處理，以釋放底板能量，降低沖擊地壓發(fā)生風險。具體措施為：在沖擊危險區(qū)前后50m且有底煤區(qū)域內(nèi)施工底板卸壓爆破鉆孔，孔徑為42mm，孔深至底板巖層，孔間距為3m，封孔方式為全長封孔，裝藥方式為單孔1～2支礦用炸藥，爆破方式為單孔單次起爆，并視爆破效果進行裝藥量增減，底煤卸壓爆破鉆孔布置情況見圖1。

4現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)大興煤礦2北206工作面沖擊危險區(qū)域劃分結(jié)果，對具有沖擊危險區(qū)域進行大直徑鉆孔卸壓、煤層超前注水和底煤卸壓爆破的解危卸壓措施后，對工作面回采期間超前應(yīng)力進行觀測和分析，超前應(yīng)力測點布置如圖2所示。

圖3為2北206材料巷的某一次超前支承壓力觀測數(shù)據(jù)。由圖3可知，淺基點監(jiān)測到的最大應(yīng)力為7.24MPa，深基點監(jiān)測到的最大應(yīng)力為6.08MPa，二者均低于黃色預(yù)警值。由此可見，采用上述解危卸壓措施后，工作面回采期間圍巖活動強度較低，超前支承壓力較小，解危卸壓效果良好。

5結(jié)語

文章對2北206工作面沖擊地壓影響因素進行分析，并進行了多因素耦合評價，共得到2北206工作面回采期間有7個弱沖擊危險區(qū)。

針對2北206工作面沖擊危險區(qū)提出了大直徑鉆孔卸壓、煤層超前注水和底煤卸壓爆破的聯(lián)合解危卸壓措施

采用上述解危卸壓措施后，工作面回采期間圍巖活動強度較低，超前支承壓力較小，解危卸壓效果良好。

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