肖自義 蔣凌強 王緒奎

（1.國家礦山安全監(jiān)察局山東局，山東 濟南 250000；2.濟寧礦業(yè)集團有限公司安居煤礦，山東 濟寧 272100）

沖擊地壓是聚積在巷道圍巖或回采工作面周圍煤（巖）體中的能量突然釋放而造成的煤（巖）動力災害[1-2]，沖擊地壓是煤礦事故災害中最為嚴重的災害之一。現(xiàn)階段全國多數(shù)煤礦開采已進入深部以及半深部開采階段[3-4]，由于煤層上覆巖層自身重力（地應力）增大，導致煤層開采時容易出現(xiàn)能量聚集，如果不充分卸壓就會出現(xiàn)沖擊地壓等動力災害。

1 工作面概況

1311 工作面位于安居煤礦二采區(qū)，采用傾斜長壁后退式綜合機械化采煤工藝，一次采全高回采，全部垮落法管理頂板。1311 工作面不連續(xù)，分為1311-1 和1311-2 兩個塊 段。1311-1 和1311-2 工 作面標高-1090～ -960 m。1311-1 工作面設計停采線距離1311 探巷約60 m，1311-2 工作面設計停采線距離一采區(qū)南翼軌道巷約275 m。工作面東部100 m左右靠近2311 工作面采空區(qū)和FX23 斷層，南部為未開采實體煤，西部接近1309 采空區(qū)，北部瀕臨F23 斷層，如圖1 所示。主要沖擊危險因素為斷層、采空區(qū)。

2 綜合防沖措施

2.1 采用大直徑鉆孔和深孔爆破強卸壓措施

回采期間采用直徑150 mm、孔深15 m 進行加密卸壓，與掘進期間的卸壓孔交錯布置，間距為0.8～2 m，開孔距巷道底板0.5～1.5 m。鉆孔施工范圍：兩順槽超前工作面不小于200 m 范圍的兩幫。鉆孔間距根據(jù)施工區(qū)域受沖擊地壓危險程度確定，鉆孔傾角與煤層一致，垂直巷道走向、平行于煤層層面進行施工。

工作面掘進期間鄰近XDF1311-8 斷層前后30 m 區(qū)域進行了斷頂爆破，共計施工爆破孔5 個。工作面回采前在實施大直徑卸壓鉆孔預卸壓的基礎上，針對局部重點區(qū)域實行頂板深孔爆破，爆破參數(shù)為孔深25 m，孔徑不低于75 mm，爆破孔排距不大于15 m，單孔裝藥量不低于15 kg。具體爆破區(qū)域如圖1，灰色區(qū)域，鉆孔布置在巷道回采幫肩窩處，白色區(qū)域，布置在巷道兩幫肩窩處，共計施工爆破孔92 個。

圖1 爆破前后監(jiān)測數(shù)據(jù)柱狀圖

2.2 優(yōu)化工作面布置

根據(jù)工作面安全開采論證及防沖評價，多次對工作面進行優(yōu)化設計，最終工作面從三個區(qū)段調(diào)整為1311-1、1311-2 兩個區(qū)段，面寬從200 m 調(diào)整至150 m，增加了50 mFX23 斷層保護煤柱；通過劃定1311-1 工作面XDF1311-8（H=0～6 m）斷層以南區(qū)域為風險區(qū)，礦井進一步優(yōu)化工作面設計，采用搬家的方式跳過風險區(qū)，確保工作面安全回采。

2.3 工作面開采強度減控措施

嚴控最大采掘速度，實現(xiàn)均衡生產(chǎn)。巷道掘進期間按照《1311 工作面沖擊危險性評價及防沖設計》要求控制最大掘進速度，同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)調(diào)減，掘進期間最大掘進速度不超過9 m/d，回采期間日推進度最大按照3 刀控制。

2.4 動態(tài)監(jiān)測預警技術

微震監(jiān)測：工作面兩順槽內(nèi)共計安裝微震探頭6 組，對工作面礦震信號進行遠距離、實時、動態(tài)、自動監(jiān)測，給出沖擊地壓等礦震信號的完全波形，并及時根據(jù)采掘位置優(yōu)化探頭布置網(wǎng)絡。

應力在線監(jiān)測：根據(jù)工作面沖擊危險性評價結果，應力傳感器安裝在工作面兩順槽回采側，每25 m 一組，每組2 個測點，淺孔應力計安裝深度為8 m，深孔應力計安裝深度為12 m，進行布置監(jiān)測站。

CT 反演監(jiān)測：基于微震監(jiān)測數(shù)據(jù)，構建了震動波CT 反演預警技術，委托科研單位每半月進行一次被動波CT 反演，確定前方煤體低波數(shù)區(qū)、波速梯度變化異常區(qū)、高波速區(qū)，動態(tài)掌握工作面回采過程中前方煤體應力變化情況。

鉆屑法監(jiān)測：工作面掘進期間每天對迎頭及后方60 m 范圍進行鉆屑法監(jiān)測；工作面回采期間兩順槽超前100 m 內(nèi)，按1 組（4 孔）/每2 d 進行施工，孔深均為12 m，孔間距10～30 m。

2.5 采取強支護措施

巷道使用恒阻錨索、讓壓錨桿，頂板使用W 鋼護板配合軋花平網(wǎng)、幫部使用W 鋼護板配合菱形網(wǎng)等具有強抗變形和強護表的主動支護方式，特殊地點配合可縮式U 型鋼棚進行加強支護；工作面兩順槽超前支護采用單元式液壓支架支護，距離不小于120 m。

3 采取綜合防沖措施前后效果分析

3.1 掘進期間采取措施后效果分析

采取綜合治理1311 工作面掘進期間共發(fā)生震動事件1871 次，其中，1.00E+002J 以上能量震動事件892 次，總震動能量9.12E+05J，最大能量9.73E+03J，平均震動能量4.87E+02J，日平均震動為10.88 次。主要集中在1.0E+001J-1.0E+002J 之間，無大于1.0E+002J 的事件，其中1.0E+03J 以下的震動次數(shù)占總次數(shù)的86.58%。工作面掘進期間低能量礦震事件占多數(shù)，說明掘進期間采用的卸壓手段有效，卸壓參數(shù)合理。工作面掘進期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。

表1 工作面掘進期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計

爆破前后煤體應力對比分析，實施頂板爆破后迎頭后方煤體應力值均在6 MPa 以下，比較穩(wěn)定；爆破后預卸壓孔施工過程中動力現(xiàn)象大幅度減少，煤體應力大大降低。

3.2 回采期間采取措施后效果分析

1311-1 工作面兩順槽均采用頂板深孔爆破后，與相似條件下未采用頂板深孔爆破的2311 工作面對比：礦震事件發(fā)生的總數(shù)量及日平均發(fā)生礦震事件數(shù)量均相差無幾，總能量由8.47E+06J 減少至1.48E+06J，降幅達82.5%；平均能量由6.43E+03J減少至1.11E+03J，降幅達82.74%；最大能量由4.43E+05J 降低至5.07E+04J，降幅達88.56%。4 次方以上事件由84 次降低至16 次，占比由6.37%降低至1.43%。如圖2。

圖2 礦震事件對比柱狀圖

爆破前后CT 反演對比分析，1311-1 工作面皮順頂板波速異常區(qū)明顯降低，工作面前方頂板波速異常區(qū)向工作面后方轉移并減弱，頂板危險程度為弱。1311-1 工作面煤層軌順拐彎處波速異常區(qū)域變小轉移至工作面后方，1311-1 工作面皮順波速異常區(qū)域降低，煤層危險程度為弱。1311-1 工作面里段回采期間，應力監(jiān)測無預警情況發(fā)生，應力在線監(jiān)測最大應力值為8.9 MPa，位于兩順槽工作面超前20 m 位置處。2311 工作面煤體最大應力13.4 MPa，較未實施頂板深孔爆破工作面正?；夭晒ぷ髅婷后w應力最大降低50.5%。

3.3 1311-1 面外段回采期間

1311-1 工作面初采至爆破斷頂區(qū)域前期共發(fā)生震動事件801 次，其中1.00E+02J 以上能量震動事件493 次，1.00E+04J 以上事件7 次，總震動能量7.57E+05J，最大能量2.2E+04J。工作面回采至爆破縮面強沖擊危險區(qū)域期間共發(fā)生震動事件437次，其中1.00E+02J 以上能量震動事件220 次，1.00E+04J 以上事件1 次，總震動能量2.6E+05J，最大能量1.93E+04J。工作面同等條件下斷頂爆破前后，總震動頻次由801 次下降至437 次，降幅達45.4%；總能量由7.57E+05J 降至2.6E+05J，降幅達65.7%；最大能量由2.2E+04J 降至1.93E+04J，降幅達12.3%。如圖3。

圖3 礦震事件對比分析柱狀圖

分別對比分析了1311 工作面掘進期間爆破前后、相似條件下2311 初采與1311 初采、1311-1 工作面外面爆破區(qū)域前后回采微震事件發(fā)生的頻次、總能量及最大能量，得出采用頂板深孔爆破預卸壓手段后，采掘期間礦震事件多以小能量事件為主，可以大大降低采掘過程中的礦震總能量以及大能量礦震事件，創(chuàng)造了一個低應力采掘環(huán)境，降低了工作面采掘期間的沖擊地壓危險。

4 結語

（1）勻速均衡生產(chǎn)，同時根據(jù)微震、應力在線及煤粉監(jiān)測等手段進行動態(tài)調(diào)整，工作面回采速度按照最大不超過3 刀/天控制。

（2）堅持薄弱環(huán)節(jié)預處理措施。一是針對應力異常區(qū)、受斷層、采空區(qū)影響較大區(qū)域，提前采取頂板深孔爆破技術，提前誘發(fā)斷層構造積聚的能量，創(chuàng)造一個低應力采掘環(huán)境；二是多輪次動態(tài)煤體加密預卸壓，分掘進和回采進行多輪卸壓，同時采用CT 反演技術，對于反演出的高應力區(qū)進行動態(tài)加密卸壓，誘發(fā)大量煤炮，使生產(chǎn)過程中的高應力煤體彈性能緩慢釋放。

（3）強化監(jiān)測手段，規(guī)范預警流程?；夭蛇^程中采用四種監(jiān)測手段：微震監(jiān)測+應力在線+CT反演+鉆屑法，實現(xiàn)預警準確、響應及時、處置規(guī)范。

（4）加強支護強度。超前支護均不低于120 m，超前支架+單元支架，使兩巷超前具備一定的抗沖擊能力。