關(guān)鍵詞：礦井開采；沖擊地壓；防沖技術(shù)；采掘工藝；監(jiān)測預警 中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)07-0077-03 DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.021

Research on Anti-Collision Technology in the Optimization of Mining and Excavation Processes

NIU Longxuan，LIChuanbiao，WANGHongxing (Shandong DongshanWanglou Coal Mine Co.，Ltd.，Jining272O63，China)

Abstract:Inviewoftheseriousthreatofcoal seamrockburstinthe process ofdeepmining，theconstruction elementsof coalmine erosionpreventiontechnologysystemareanalyzedindepth.Byanalyzing thekeytechnologiesofregionalanticollision，localati-ollsion，ndmoitoingndarlyaing，tet-ollsionmeasuresrestematiallabrated intheoptimizationprocessof miningtechnology.Theresearchresultsindicatethatregionalanti erosion technologyshould focus onstrengthening theexploitationof protective layersand pressure release，localanti erosiontechnology neds to strengthenstressregulationandsupportoptimizationofworkingfaces，andthemonitoringandearlywarningsystemneeds to buildamulti parameterthree-dimensional monitoring network.Basedonthis，sugestions are proposedtoimprove theanti scouring technologysystem，optimizemining processparameters，and enhance monitoringandearly warning capabilities， providing technical support for safe and efficient mining in deep mines.

Keywords: mining;impact ground pressure;anticollision technology;mining technology;monitoringandearly warning

隨著煤炭開采深度的不斷增加，沖擊地壓災(zāi)害已成為制約深部礦井安全生產(chǎn)的重大問題。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國煤礦 90% 以上的沖擊地壓發(fā)生在 800m 以下，且呈現(xiàn)出災(zāi)害程度加重、波及范圍擴大的趨勢。為保障深部開采安全，有必要深人研究防沖技術(shù)在采掘工藝優(yōu)化中的應(yīng)用。

1深部開采中的沖擊地壓機理與特征

巖應(yīng)力場造成。一旦煤體承受的彈性應(yīng)變能超過臨界值，就會瞬時釋放，引發(fā)沖擊地壓災(zāi)害，這一過程主要受地應(yīng)力條件、巖體特性和采掘布置影響。通過單軸壓縮試驗、聲發(fā)射監(jiān)測等方法，可建立煤層沖擊傾向性分級標準。在采掘過程中，采空區(qū)周邊形成應(yīng)力集中區(qū)，隨著開采深度增加，采動應(yīng)力波及范圍擴大，導致巷道變形劇烈。掌握這些演化規(guī)律對優(yōu)化采掘工藝、確定防沖措施具有重要意義[1]。

深部開采中的沖擊地壓主要由采掘活動擾動原

2防沖技術(shù)體系的構(gòu)建

3采掘工藝優(yōu)化中的防沖技術(shù)應(yīng)用

2.1區(qū)域防沖關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)域防沖技術(shù)主要圍繞壓力釋放和應(yīng)力轉(zhuǎn)移展開，通過系統(tǒng)工程措施降低采區(qū)整體應(yīng)力水平。保護層開采是最為有效的區(qū)域防沖技術(shù)，開采后在上下鄰近層形成壓力解除帶，顯著降低被保護層的地應(yīng)力集中程度。對于復雜地質(zhì)構(gòu)造區(qū)，可采用大直徑鉆孔卸壓與壓裂預分離相結(jié)合的方式增強巖層應(yīng)力釋放。

區(qū)域治理過程中，要強化采空區(qū)應(yīng)力管理，通過合理確定采場推進速度、控制工作面暴露時間來避免應(yīng)力長期集中。在巷道布置方面，應(yīng)優(yōu)化巷道展布方向，避開應(yīng)力集中區(qū)域，并在斷層、褶皺等構(gòu)造帶集中區(qū)域采用分區(qū)治理方案。

大采高綜采工作面防沖技術(shù)則重點關(guān)注上覆巖層控制。通過配置超前支護參數(shù)加強頂板預控，在沖擊傾向性較強區(qū)域增設(shè)超前支護強度。同時，采用分層開采方式，控制單層開采高度，減小頂板懸露跨度，提升動載荷抵抗能力[2]。

2.2 局部防沖工藝優(yōu)化

局部防沖工藝優(yōu)化主要針對工作面微觀尺度的應(yīng)力控制，重點實施精準防治。綜采工作面防沖主要通過優(yōu)化割煤參數(shù)，調(diào)整滾筒轉(zhuǎn)速與推進速度來避免煤體應(yīng)力集中。同時，采用超前鉆孔法對煤壁預卸壓，鉆孔參數(shù)需要根據(jù)煤層應(yīng)力狀態(tài)動態(tài)調(diào)整，并在應(yīng)力集中區(qū)段增設(shè)防沖支架。掘進工作面局部防沖則突出超前探測與預卸壓措施。通過超前探測鉆孔識別前方高應(yīng)力區(qū)域，針對性實施大孔徑鉆孔預卸壓。掘進機截割參數(shù)應(yīng)與煤層強度特征相匹配，控制截割深度，以降低煤體瞬時應(yīng)力釋放量，同時采用柔性讓壓支護系統(tǒng)，增強巷道圍巖變形適應(yīng)性。

2.3監(jiān)測預警體系建設(shè)

監(jiān)測預警體系采用多參量立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)沖擊地壓災(zāi)害的動態(tài)預警。在采掘工作面布設(shè)微震監(jiān)測系統(tǒng)，通過傳感器陣列采集煤巖體微破裂信息，結(jié)合聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測煤體內(nèi)部應(yīng)力變化。地音監(jiān)測系統(tǒng)則對煤層沖擊傾向性進行實時評估，判定危險程度。在關(guān)鍵部位布設(shè)應(yīng)力計與位移計，通過光纖光柵傳感技術(shù)實現(xiàn)巷道變形的連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控中心后，采用智能分析算法識別異常波動[3。通過多源監(jiān)測數(shù)據(jù)融合分析，建立分級預警體系，結(jié)合氣體、溫度等輔助監(jiān)測參數(shù)，為優(yōu)化防沖技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1采煤工藝參數(shù)優(yōu)化

采煤工藝參數(shù)優(yōu)化需要立足于沖擊地壓控制要求。綜采工作面需要根據(jù)煤層沖擊傾向性特征，調(diào)整采煤機截深與運行速度，控制單循環(huán)下煤量。對于強沖擊傾向性煤層，采用薄煤層分層開采工藝，并使工作面推進速度與采動應(yīng)力傳播規(guī)律相匹配[4]。

工作面支護參數(shù)優(yōu)化主要關(guān)注支撐力與工作阻力的合理配置。支架阻力應(yīng)隨采深度增加而提升，端頭支架需要加大支護強度并擴大超前支護范圍。破碎頂板區(qū)域?qū)嵤┝菏郊訌娭ёo，采場順層應(yīng)力集中區(qū)采用超前支護與底板加固相結(jié)合的方式[5。同時，建立采掘工藝參數(shù)與沖擊地壓響應(yīng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，并在斷層構(gòu)造帶等關(guān)鍵部位采取針對性措施，降低沖擊風險。

3.2 掘進工藝參數(shù)優(yōu)化

掘進工藝參數(shù)優(yōu)化圍繞應(yīng)力卸載與圍巖穩(wěn)定展開。掘進機截割參數(shù)需要根據(jù)煤體強度特征設(shè)置，截割頭轉(zhuǎn)速控制在 38～42r/min ，截深限制在450～550mm ，以降低煤體瞬時應(yīng)力釋放。超前探測鉆孔采用“三限一探”方案，鉆孔間距為 3～4m_?

巷道支護采用U形鋼棚與錨桿組合方式，棚距控制在 600～800mm 。深部巷道增設(shè)直徑 22mm 的螺紋鋼錨桿，長度為 3000～3500mm ，每平方米的密度為 1.2～1.4 根。錨索采用直徑 17.8mm 的高強度鋼絞線，長度為 6000～7000mm 。在沖擊地壓危險區(qū)段實施注漿加固，注漿壓力為 4.0～5.0MPa ，深度為 6～8m ，同時加密布設(shè)微震監(jiān)測傳感器。

3.3支護參數(shù)優(yōu)化

深部巷道支護系統(tǒng)優(yōu)化以強化動載荷抵抗能力為核心，構(gòu)建柔性抗壓支護結(jié)構(gòu)。巷道支護采用“高預應(yīng)力、高剛度、大長度”錨桿支護體系，錨桿預緊力與錨固力應(yīng)根據(jù)圍巖等級確定，保證足夠的支護強度。頂板采用左旋螺紋鋼錨桿，巷道兩幫選用右旋砂漿錨桿，通過合理的排距布置形成強支護網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

錨索支護參數(shù)根據(jù)圍巖破碎程度分區(qū)優(yōu)化，完整性較好區(qū)段采用常規(guī)間排距，破碎區(qū)段適當加密布置，確保錨索張拉力與端部錨固長度滿足支護要求。金屬網(wǎng)片選用高強度鋼筋焊接網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸依據(jù)沖擊傾向性等級選定。沖擊地壓危險區(qū)段布設(shè)讓壓式U形鋼棚，合理設(shè)置棚距，擴大變形適應(yīng)空間。聯(lián)絡(luò)巷與銅室交叉點增設(shè)鋼管柱加強支護，確保巷道支護系統(tǒng)整體性

與協(xié)同性。

4防沖技術(shù)應(yīng)用效果分析

4.1工程實踐案例

門克慶煤礦3100工作面位于井田西南側(cè)，工作面走向長度為 3653m ，傾向長度為 280m ，煤層平均厚度為 5.28m ，如圖1所示。工作面上方存在2組關(guān)鍵層，其中關(guān)鍵層一為低位厚硬砂巖層（厚度 5～22m ），關(guān)鍵層二為中高位砂巖層（厚度 33～53m ）。不同層位厚硬頂板實施差異化防沖措施。低位關(guān)鍵層采用頂板預裂爆破技術(shù)，運輸巷采用扇形爆破預裂方式，爆破孔沿工作面走向垂直布置。中高位關(guān)鍵層實施定向長鉆孔水力壓裂，在膠運巷布置2個鉆場，每個鉆場施工5組定向壓裂鉆孔，鉆孔直徑為 120mm ，壓裂泵站最大工作壓力為 65MPa_? 。工作面回采期間持續(xù)開展微震監(jiān)測，記錄工作面推進過程中巖層破斷及應(yīng)力釋放狀態(tài)。通過多關(guān)鍵層協(xié)同防沖減震技術(shù)體系，有效控制厚硬巖層大面積懸頂破斷引發(fā)的沖擊地壓災(zāi)害。

4.2安全效益分析

基于微震監(jiān)測系統(tǒng)對門克慶煤礦3100工作面防沖技術(shù)應(yīng)用效果進行評估。2023年11月至2024年1月回采期間，工作面回采距離為 746m ，記錄微震事件3564次，微震總能量為 754653J 微震事件能級分布呈現(xiàn)明顯的低能量特征。二次方以下微震事件有2886次，占比為 84.4% ；二次方微震事件有406次，占比為 11.9% ；三次方微震事件有128次，占比為 3.7% ○

選取同采區(qū)未采用多關(guān)鍵層卸壓措施的3102工作面進行對比分析，在相近地質(zhì)條件及回采距離下，3100工作面每米微震頻次降低 9.5% （4.78次 /m ），每米微震能量降低 86.2% （能量1011J）。通過對比驗證，多關(guān)鍵層協(xié)同防沖減震技術(shù)顯著降低微震事件發(fā)生頻率與能量級別，實現(xiàn)厚硬頂板破斷過程中能量的均勻釋放。該工作面微震事件在空間分布上也呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。微震事件時間序列分析顯示，高能量事件（三次方）主要發(fā)生在工作面過斷層、揭煤和過舊巷等特殊地質(zhì)條件下，通過及時調(diào)整防沖參數(shù)，確保采掘活動的連續(xù)性和安全性。

5結(jié)論

針對深部開采中的沖擊地壓問題，本文構(gòu)建系統(tǒng)的防沖技術(shù)體系。其間通過對采掘工藝參數(shù)的優(yōu)化，有效降低沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生率，提高礦并安全生產(chǎn)水平。后續(xù)研究需要進一步加強智能化監(jiān)測預警，發(fā)展主動防沖新技術(shù)，為深部礦井安全高效開采提供更加可靠的技術(shù)保障。

參考文獻

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