楊 永 王 浩 張傳寧

（山東能源集團鮑店煤礦，山東 鄒城 273513）

1 工作面簡介

鮑店煤礦5312 工作面位于3#煤層，煤層平均厚度8.65 m，煤層屬半暗型煤，具條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，f=2.9。工作面煤層總體趨勢為一單斜構(gòu)造，西北高東南低，煤層走向150°～162°，傾向60°～72°，煤層平均傾角9°。工作面中部V-F208 斷層附近煤層傾角較大，預(yù)計最大15°。頂?shù)装遒x存條件如下：直接頂巖性為粉砂巖，厚度3.56 m，節(jié)理較發(fā)育，易破碎；老頂巖性為粉細砂巖，厚度8.47 m，堅硬致密，以細砂巖為主；直接底不發(fā)育；老底巖性為粉細砂巖互層，夾雜粉砂巖條帶，厚度18.43 m，巖石呈中厚層狀。鮑店煤礦已鑒定煤層具有強沖擊傾向性，采用多種方法對5312 工作面的沖擊危險性進行評價，劃定可能存在沖擊危險的區(qū)域。鮑店煤5312 綜放工作面自北向南正向推進，工作面共開3 個切眼、1 條膠運順槽和3 條輔運順槽，工作面順槽、切眼均沿煤層底板布置。

2 巷道掘進期間沖擊危險分析

（1）膠運順槽多因素耦合沖擊危險性評價及危險區(qū)劃分

5312 工作面膠運順槽沿5311 采空區(qū)布置，由南向北沿3 煤底板掘進，掘進過程中會受到工作面采動應(yīng)力、側(cè)向應(yīng)力、斷層、硐室等因素疊加影響，膠運順槽5311 工作面停采線附近50 m 范圍存在弱沖擊危險，膠運順槽V-F208 斷層區(qū)域附近50 m 范圍存在弱沖擊危險，膠運順槽V-F209 斷層區(qū)域附加30 m 范圍內(nèi)存在弱沖擊危險。

（2）輔運順槽多因素耦合沖擊危險性評價及危險區(qū)劃分

5312 工作面輔運順槽①沿3 煤底板掘進，靠近切眼③位置臨近鋪子斷層，近切眼③位置前后30 m范圍存在弱沖擊危險。5312 工作面輔運順槽②和輔運順槽③沿3 煤底板掘進，北部端頭臨近鋪子斷層，輔運順槽②和輔運順槽③掘進時會受到斷層構(gòu)造應(yīng)力影響，靠近斷層的區(qū)域（輔運順槽折線部位）存在弱沖擊危險。

（3）開切眼多因素耦合沖擊危險性評價

切眼①、切眼②和切眼③靠近鋪子斷層的區(qū)域受斷層及牽引褶皺影響，切眼①掘進60 m 范圍內(nèi)受斷層和相鄰工作面回采擾動影響存在弱沖擊危險，切眼②和切眼③接近斷層30 m 范圍存在弱沖擊危險。

3 巷道支護措施

3.1 順槽支護參數(shù)

輔運順槽與膠運順槽斷面為5.4 m×3.7 m，采用相同的支護措施，如圖1 所示。錨桿托盤均采用335#鋼材預(yù)加工，面積0.15 m×0.15 m，厚度10 mm，其承載力不小于桿體屈服載荷。

圖1 膠運順槽斷面支護圖（mm）

順槽頂部采用桿體型號為MSGLW-500 規(guī)格為ML Ⅳ22/2400 Q/YZK 031 型錨桿、延伸率為18%的錨桿進行錨固。頂部和幫部錨桿螺母預(yù)緊力≥300 N·m，頂部和幫部錨桿錨固力≥150 kN。膠運順槽頂部錨桿支護網(wǎng)度0.9 m×0.9 m，共布置6根錨桿，采用2 卷樹脂錨固劑全長錨固方式。另外，頂部預(yù)埋SK 22/7-1860 Q/YZK 078 型長錨索3 條，直徑22 mm，錨索長7 m，網(wǎng)度為2.1 m×2.7 m。

兩幫采用MG500 20×2200 型錨桿進行錨固。幫部支護網(wǎng)度1.0 m×0.9 m，兩幫各布置4 根錨桿，安設(shè)1 卷樹脂錨固劑端部進行錨固。

3.2 開切眼支護參數(shù)

開切眼采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，頂板錨索型號為Φ21.8 mm×6.0 m 高強度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨索托盤面積為0.3 m×0.3 m，厚度為20 mm，錨索預(yù)緊力≥100 kN，錨固力≥180 kN，頂錨索布置網(wǎng)度為2.7 m×2.2 m。

頂部錨桿選用Φ22 mm×2.4 m KMG500 左旋全螺紋鋼型，錨固力≥150 kN，錨桿螺母扭矩≥120 N·m，設(shè)計網(wǎng)度為0.8 m×0.9 m；幫部錨桿選用Φ20 mm×1.8 m 全螺紋鋼型，錨固力≥100 kN，錨桿螺母扭矩≥60 N·m，沿空側(cè)幫錨桿網(wǎng)度0.95 m×0.9 m，回采側(cè)幫網(wǎng)度1.2 m×0.9 m。

4 巷道掘進期間防沖措施

工作面順槽和切眼掘進期間，根據(jù)沖擊危險分析采取礦壓監(jiān)測為主、鉆屑法檢驗為輔的檢測手段。局部沖擊危險升高時，需采取防沖解危措施[1-5]，主要包括以下幾種方式。

4.1 煤體大直徑鉆孔卸壓

巷道施工過程中，若檢測出沖擊危險或巷道掘進過程中出現(xiàn)圍巖活動明顯加劇現(xiàn)象，巖煤壁施工一排大直徑卸壓鉆孔，卸壓鉆孔須與煤層方向平行，鉆孔直徑≥110 mm，孔間距4 m，孔口高度1.5 m左右，鉆孔深度超前卸壓保護帶20 m 以上。

4.2 斷層底煤斷底卸壓防沖技術(shù)

工作面巷道掘進一般沿底板掘進，不留底煤，但在巷道過斷層區(qū)域時，會存在部分留底煤區(qū)域。為防止斷層預(yù)留底煤發(fā)生沖擊地壓，采取的防沖方式包括：①采用底板大直徑鉆孔斷底法進行卸壓；②如果大直徑施工不能有效解決底煤松動問題或者底煤厚度＞1 m 時，可以采用爆破斷底卸壓方式進行防沖。

（1）底板大直徑鉆孔斷底卸壓法

與煤體大直徑鉆孔卸壓工藝相似，通過施工大直徑卸壓鉆孔，達到破壞周圍煤體、釋放煤層礦壓應(yīng)力、降低或消除沖擊地壓危險的目的。斷底鉆孔參數(shù)：在巷道兩幫與底板的交界位置施工向下孔，角度45°，孔徑110 mm，間距1～1.5 m，深度達到底板巖石，如表1 所示。斷底鉆孔使用需注意：如發(fā)現(xiàn)斷底效果不理想，則適當(dāng)加密鉆孔，但是不能破壞順槽原有的支護措施。

表1 斷底孔技術(shù)參數(shù)

（2）爆破斷底卸壓技術(shù)

如果大直徑施工不能有效解決底煤松動問題或者底煤厚度＞1 m 時，常常伴有巷道底鼓現(xiàn)象，此時可以采用爆破斷底卸壓防沖措施。施工小直徑鉆孔小藥量爆破，擴大底部煤層結(jié)構(gòu)松散性質(zhì)，降低煤層沖擊危險。

爆破斷底參數(shù)：在巷道底板布置單排小直徑炮孔，炮孔參數(shù)如表2 所示，間距3 m，孔深2.3～2.5 m，角度30°斜向下。每個炮孔安裝1～2 支煤礦許用炸藥爆破，通常形成壓碎圈為炮孔直徑的7 倍、裂隙圈為孔徑的120 倍，孔距3 m 可以實現(xiàn)底煤的徹底斷底。

表2 斷底爆破技術(shù)參數(shù)

4.3 掘進速度的控制

根據(jù)礦區(qū)相鄰工作面防沖經(jīng)驗，正常生產(chǎn)條件下，工作面每天掘進進尺不得超過20 m。在弱沖擊危險區(qū)域掘進時，每天掘進進尺不得超過15 m，如果出現(xiàn)監(jiān)測異常時，應(yīng)根據(jù)情況采取措施，掘進速度應(yīng)放慢，可調(diào)整至每天10 m，直至監(jiān)測無異常。

5 掘進期間沖擊危險監(jiān)測方案

5.1 監(jiān)測方案概述

5312 工作面巷道多個位置具有弱沖擊危險，應(yīng)以微震監(jiān)測和鉆屑法檢測為主要手段，實時掌握沖擊危險動態(tài)。在工作面巷道掘進期間，采用礦壓觀測法進行沖擊危險觀測，采用微地震監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測高位頂板巖層隨掘進活動的進行是否會發(fā)生失穩(wěn)運動，以評價煤層上方堅硬巖層發(fā)生礦震的可能性。如發(fā)現(xiàn)煤炮頻繁、壓力突增或出現(xiàn)沖擊氣流等異常動力現(xiàn)象必須及時進行鉆屑法檢測。

5.2 微震監(jiān)測

5312 工作面使用的微震監(jiān)測系統(tǒng)為SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測分析范圍：距巷道迎頭半徑200 m，單個震動能量超過1.0×104J，采用微震監(jiān)測指標(biāo)超過臨界值時，最終判定是否具有沖擊危險。

微震事件監(jiān)測結(jié)果：本工作面采用5 個微震器對工作面震動信號進行采集，通過SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)對沖擊危險性進行評估分析。工作面自2020 年12 月開始回采，2021 年5 月17 日工作面回采結(jié)束。工作面回采結(jié)束后依舊監(jiān)測到微震事件，事件頻次及能量均比生產(chǎn)期間低，進入6 月后，微震事件基本消除。工作面開采以來共監(jiān)測到震動事件2920次，平均日震動18.6 次，累計震動總能量5.72 ×106J，最大震動事件能量為4.56×104J，103J 以下事件2824 次，104J 以上事件96 次。

通過微震事件分布分析，工作面震動事件主要集中在1.0×103J 以下，以小震動事件為主，震動事件相對較分散，較大能量事件主要集中在工作面回采后期，工作面回采前期微震事件頻次及能量均比后期少。分析原因主要為工作面開采范圍進一步擴大，與鋪子斷層接觸的范圍增大，鋪子斷層因工作面采掘活動可能造成局部應(yīng)力集中?？傮w評價如下：微震事件相對較多，但總體能量較小，工作面回采期間無異常壓力顯現(xiàn)。

5.3 鉆屑法

（1）監(jiān)測位置

監(jiān)測范圍為巷道掘進迎頭、掘進迎頭后方60 m以內(nèi)的區(qū)域巷道幫。

（2）監(jiān)測孔布置

分別在距離迎頭10 m、20 m、30 m 處布置3個鉆孔，鉆孔直徑42 mm，沿煤壁方向單排布置，布置高度1.2 m左右，孔深14 m，鉆孔煤層傾向平行。

（3）監(jiān)測頻率

對于5312 工作面，切眼、順槽每40 m 實施一次鉆屑檢測。

（4）檢測判定依據(jù)

一般將鉆粉率指數(shù)1.5 定為該地點是否具有沖擊危險的閾值。鮑店煤礦5312 工作面采取相應(yīng)的防沖措施之后的鉆粉率指數(shù)如表3 所示。

表3 5312 工作面臨界煤粉量指標(biāo)

（5）鉆屑法的實際應(yīng)用情況

工作面嚴(yán)格按防沖措施要求采用鉆屑法進行沖擊地壓危險性監(jiān)測，弱沖擊危險區(qū)域每3 d 監(jiān)測一次，無沖擊危險區(qū)域監(jiān)測頻率為5 d 一次。煤粉鉆孔施工記錄表明鉆孔過程中無卡鉆、吸鉆等問題，煤粉無超標(biāo)現(xiàn)象，最大煤粉量2.38 kg/m。數(shù)據(jù)表明采取相應(yīng)的防沖措施之后，該礦實際生產(chǎn)條件的鉆粉率指數(shù)未超過閾值，防沖措施有效地控制了煤層應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效避免了地壓沖擊危險。

6 結(jié)論

鮑店煤礦5312 工作面掘進期間采取微震監(jiān)測和鉆屑法檢測為主要手段，實時掌握沖擊危險動態(tài)，如發(fā)現(xiàn)煤炮頻繁、壓力突增或出現(xiàn)沖擊氣流等異常動力現(xiàn)象必須及時進行鉆屑法檢測。巷道掘進過程中，采取煤體大直徑鉆孔卸壓技術(shù)、斷層底煤斷底卸壓防沖技術(shù)，工作面于2021 年5 月實現(xiàn)安全順利回采。防沖措施的實際數(shù)據(jù)及監(jiān)測效果表明：各項防沖措施落實到位之后，實現(xiàn)了工作面基本頂周期性破斷，未形成較大的懸頂；通過對危險區(qū)的預(yù)卸壓，有效降低了煤體應(yīng)力集中程度，降低了工作面范圍內(nèi)礦震的發(fā)生頻次和能量，有效避免了地壓沖擊危險。