楊佳旻

（中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司煤炭分公司門克慶煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

隨著煤礦開采深度的增加，動(dòng)力災(zāi)害越發(fā)嚴(yán)重。對(duì)于煤層上覆存在厚巖層和堅(jiān)硬巖層的礦井，極易發(fā)生沖擊地壓危險(xiǎn)，必須采取技術(shù)措施進(jìn)行治理[1-2]。

1 工程概況

1.1 工作面地質(zhì)情況

門克慶煤礦11-3105綜采工作面位于3-1煤11采區(qū)，工作面長度300 m，推進(jìn)長度3870 m。東側(cè)為平行布設(shè)的11-3103工作面，南側(cè)為11-3105進(jìn)風(fēng)措施巷，西側(cè)為礦區(qū)邊界，北側(cè)為門克慶煤礦未規(guī)劃區(qū)域。11-3105工作面采用綜合機(jī)械化一次采全高開采工藝，開采3-1煤，煤厚4.88 m，煤層傾角1°～6°，埋深在677～703 m。3-1號(hào)煤層頂板以灰綠色、淺灰色的粉砂巖、中細(xì)砂巖為主，粉砂巖厚度平均5.65 m，細(xì)砂巖均厚17.18 m；直接底以淺灰綠色砂質(zhì)泥巖為主，砂質(zhì)泥巖平均厚度1.83 m；老底以淺灰綠色砂質(zhì)泥巖為主，砂質(zhì)泥巖平均厚度9.75 m。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為3.83 m3/min，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為0.26 m3/t，屬于低瓦斯礦井。

1.2 工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)域劃分

基于回采工作面的分級(jí)劃分結(jié)果，將11-3105工作面劃分為強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域2處，中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)域5處，其余為弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。沖擊危險(xiǎn)區(qū)位置參數(shù)見表1。

表1 沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)具體位置參數(shù)表

2 工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)

2.1 區(qū)域監(jiān)測(cè)

采用微震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性區(qū)域監(jiān)測(cè)[3]。在11-3105工作面回采期間，兩側(cè)順槽各布置2個(gè)微震探頭和1個(gè)微震拾震器，交錯(cuò)布置。其中在工作面兩順槽200 m范圍內(nèi)各布置1個(gè)微震探頭，在工作面兩順槽600～800 m范圍各布置1臺(tái)微震拾震器。微震探頭和微震拾震器應(yīng)能隨工作面回采不斷移動(dòng)。微震測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

圖1 微震測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)微震能量監(jiān)測(cè)指標(biāo)，當(dāng)單班達(dá)到中等沖擊危險(xiǎn)時(shí)，工作面限產(chǎn)；當(dāng)連續(xù)兩個(gè)以上單班達(dá)到中等沖擊危險(xiǎn)或單班達(dá)到強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)時(shí)，工作面及時(shí)停產(chǎn)，應(yīng)力穩(wěn)定后恢復(fù)生產(chǎn)。

2.2 局部監(jiān)測(cè)

（1）應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在工作面回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷超前300 m范圍內(nèi)巷道回采幫安裝煤體應(yīng)力計(jì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，安裝工程始終保持超前工作面300 m以外；兩巷道走向方向應(yīng)力計(jì)組間距根據(jù)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域劃分結(jié)果，在實(shí)體煤巷道正幫方向布置（強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)兩幫布置），每組布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，組間距沿巷道走向間距30 m，其中強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)監(jiān)測(cè)間距20 m。每組按深淺孔布置，深孔安裝深度為15 m，淺孔安裝深度為9 m，安裝孔孔徑42 mm。應(yīng)力計(jì)安裝方案布置如圖2，應(yīng)力預(yù)警指標(biāo)見表2。

圖2 工作面回風(fēng)巷/運(yùn)輸巷應(yīng)力計(jì)布置圖（m）

表2 應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

工作面應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)達(dá)到預(yù)警后，應(yīng)采取以下措施進(jìn)行處理：① 出現(xiàn)單點(diǎn)黃色預(yù)警時(shí)，在預(yù)警區(qū)域進(jìn)行鉆屑法監(jiān)測(cè)，確認(rèn)沖擊危險(xiǎn)后工作面立即停產(chǎn)，開展解危卸壓工作；② 雙點(diǎn)黃色、單點(diǎn)紅色預(yù)警時(shí)，工作面立即停產(chǎn)并開展解危卸壓作業(yè)；③ 雙點(diǎn)紅色報(bào)警時(shí)，工作面立即停止生產(chǎn)，對(duì)預(yù)警區(qū)域開展高強(qiáng)度卸壓；④ 解危處理結(jié)束后，采取鉆屑法和應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行效果檢驗(yàn)，檢驗(yàn)值低于預(yù)警值時(shí)，方可進(jìn)行采掘作業(yè)。

（2）鉆屑法監(jiān)測(cè)

在微震、應(yīng)力在線等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)確定的工作面沖擊地壓預(yù)警區(qū)域，以及出現(xiàn)明顯變形或動(dòng)力顯現(xiàn)等異常情況區(qū)域，采取鉆屑法鑒別工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性[4-5]。在預(yù)警點(diǎn)兩側(cè)1～2 m范圍內(nèi)各施工1個(gè)檢驗(yàn)鉆孔，孔徑42 mm，孔深12 m，每次檢測(cè)3個(gè)鉆孔，鉆孔距底板1.2 m。鉆孔方向與巷幫垂直，平行于煤層，用膠結(jié)袋收集鉆出的煤粉，用測(cè)力計(jì)稱量煤粉的重量，每鉆進(jìn)1 m測(cè)量1次鉆屑量。

根據(jù)工作面兩巷高度為3.7 m，在第2～6 m范圍內(nèi)取標(biāo)準(zhǔn)煤粉的1.5倍、6～12 m范圍內(nèi)取標(biāo)準(zhǔn)煤粉的2倍（偏安全）作為臨界值，即預(yù)警指標(biāo)為4.1 kg/m和6.2 kg/m。

3 沖擊地壓防治方法

3.1 預(yù)卸壓措施

（1）頂板預(yù)裂爆破

在工作面運(yùn)輸巷頂板煤柱幫側(cè)布置一排頂板預(yù)裂鉆孔，開孔位置距煤柱幫0.8 m，鉆孔與煤層夾角為60°，鉆孔方位與巷道夾角為0°，鉆孔深度為41 m，鉆孔孔徑89 mm，間距10 m，鉆孔爆破封孔長度14 m，單孔裝藥量為94.5 kg。鉆孔布置如圖3。

圖3 運(yùn)輸巷頂板預(yù)裂爆破鉆孔布置示意圖（m）

在工作面“初次見方、二次見方”影響區(qū)域，在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷頂板生產(chǎn)幫側(cè)布置扇形頂板預(yù)裂鉆孔。鉆孔開孔位置距生產(chǎn)幫1～2 m，鉆孔與煤層夾角為45°～60°，鉆孔方位為270°，鉆孔深度為40～50 m，鉆孔孔徑89 mm，組間距20 m，鉆孔爆破封孔長度14 m。鉆孔布置如圖4。

圖4 工作面扇形爆破鉆孔布置示意圖（m）

（2）煤體大直徑鉆孔卸壓

工作面回采期間主要用煤體大直徑卸壓鉆孔對(duì)煤體進(jìn)行卸壓。工作面超前卸壓范圍控制在兩順槽超前工作面200 m以外，臨時(shí)水倉、斷層附近應(yīng)提前卸壓。弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)：加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、及時(shí)預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)、監(jiān)測(cè)異常時(shí)，采用鉆屑、煤體應(yīng)力等進(jìn)行危險(xiǎn)程度檢驗(yàn)，確認(rèn)危險(xiǎn)后按中等或強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)參數(shù)卸壓；中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)：孔深20 m，鉆孔直徑150 mm，孔間距2 m；強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)：孔深20 m，鉆孔直徑150 mm，孔間距1 m。聯(lián)絡(luò)巷交叉口、水倉等兩巷道交叉口處，為防止破壞巷道，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布置卸壓鉆孔，但必須保證交叉口處前后30 m處于有效卸壓范圍。

（3）底板大直徑鉆孔卸壓

針對(duì)底煤厚度超過1 m的區(qū)域，實(shí)施底板大直徑鉆孔預(yù)卸壓，以降低煤層中的應(yīng)力積聚，減少巷道底板沖擊及底鼓現(xiàn)象發(fā)生，保護(hù)巷道完全。鉆孔直徑大于150 mm，在巷道每個(gè)斷面布置2個(gè)鉆孔，鉆孔俯角45°，鉆孔間距1 m，鉆孔深度達(dá)到底板巖石即可。初步卸壓參數(shù)如圖5。

圖5 留底煤區(qū)域大孔徑鉆孔卸壓布置示意圖

3.2 解危措施

（1）幫部大直徑鉆孔卸壓

工作面回采期間，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)壓顯現(xiàn)或系統(tǒng)監(jiān)測(cè)預(yù)警時(shí)，采取加密大直徑鉆孔卸壓解危。

（2）煤體爆破卸壓

若監(jiān)測(cè)孔煤粉超標(biāo)或有動(dòng)力現(xiàn)象，則在此孔兩側(cè)間距3 m進(jìn)行煤體爆破卸壓，如圖6。爆破參數(shù)：單孔裝藥量5 kg，封孔長度不少于孔深1/3，最小不低于3 m。制作成爆破筒，爆破筒長度根據(jù)調(diào)整的裝藥量確定；正向裝藥，每孔2支雷管，利用水泥藥卷封孔，一次最多允許同時(shí)起爆6個(gè)孔。爆破孔參數(shù)見表3。施工完成后在距離卸壓孔間隔5 m再施工檢測(cè)孔，如果指標(biāo)正常則工作面正?；夭桑駝t繼續(xù)在新檢測(cè)孔周邊間距2 m進(jìn)行卸壓工作，然后距離卸壓孔間隔5 m位置施工檢測(cè)孔，直到指標(biāo)正常。

圖6 檢測(cè)孔異常圖

表3 煤體深孔爆破卸壓參數(shù)

4 防治效果分析

在11-3105工作面回采過程中，對(duì)微震能量和超前應(yīng)力進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，超前應(yīng)力最大7.9 MPa，最小3.6 MPa，平均6.2 MPa，超前應(yīng)力普遍較小，遠(yuǎn)未達(dá)到黃色預(yù)警值；微震能量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在整個(gè)工作面回采過程中未拾取到能量釋放事件。通過頂板預(yù)裂爆破、煤體大直徑鉆孔卸壓、底板大直徑鉆孔卸壓等技術(shù)措施，可以有效釋放頂板內(nèi)積聚能量，達(dá)到防治沖擊地壓的目的。

5 結(jié)語

根據(jù)門克慶煤礦11-3105工作面沖擊危險(xiǎn)性劃分，確定了工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)方案，并制定了工作面預(yù)裂爆破、煤體大直徑鉆孔卸壓和底板大直徑鉆孔卸壓的預(yù)卸壓技術(shù)措施，以及幫部加密大直徑鉆孔和煤體爆破卸壓的解危技術(shù)措施。11-3105工作面回采過程中，嚴(yán)格落實(shí)沖擊地壓監(jiān)測(cè)和防治措施，保證了工作面的回采安全，在回采期間未出現(xiàn)明顯能力釋放，工作面來壓平穩(wěn)，兩側(cè)順槽圍巖變形可控。