不完全孤島工作面沖擊危險(xiǎn)性分析與防治

邱運(yùn)來

（漢諾聯(lián)合集團(tuán)有限公司，山東 滕州 277110）

不完全孤島工作面沖擊危險(xiǎn)性分析與防治

邱運(yùn)來

（漢諾聯(lián)合集團(tuán)有限公司，山東 滕州 277110）

剖析了不完全孤島工作面沖擊危險(xiǎn)性因素，從動(dòng)靜載荷疊加原理分析了沖擊誘發(fā)機(jī)理，闡述了工作面采取的各項(xiàng)防沖治理措施。

煤層沖擊；靜載荷；卸壓孔

1 不完全孤島工作面

不完全孤島工作面是指在開采前孤島工作面仍處于非充分采動(dòng)階段，雖然受到相鄰采空區(qū)的影響，但是地表并未發(fā)生沉陷或發(fā)生的沉陷值并未達(dá)到最大，隨著工作面的開采，地表還會(huì)繼續(xù)發(fā)生顯著的沉陷；同時(shí)，工作面上覆巖層形成穩(wěn)定覆巖空間結(jié)構(gòu)并未延伸至地表，隨著工作面的回采，原本穩(wěn)定的覆巖空間結(jié)構(gòu)將會(huì)進(jìn)行演化和運(yùn)動(dòng)，不斷形成新的覆巖空間結(jié)構(gòu)。在上覆巖層運(yùn)動(dòng)的過程中，覆巖空間結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)和演化，礦山壓力分布規(guī)律會(huì)隨著覆巖空間結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，在這個(gè)過程中沖擊地壓的危險(xiǎn)性顯著增加。

2 3305工作面概況

我公司3305工作面地表沉降0.5-1m，為典型的不完全孤島工作面。工作面為氣煤，煤層厚度平均3.2m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，傾角平均7°，硬度系數(shù)f=1.8。工作面位于背斜的西翼，斷層發(fā)育較少。

3 工作面沖擊危險(xiǎn)性分析

3305工作面3煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性，具備了發(fā)生沖擊地壓的基本條件；靜載作用與動(dòng)載作用疊加，是誘發(fā)沖擊地壓發(fā)生的根本原因。中間剩余9m形成高應(yīng)力“彈性核”，存在沖擊薄弱點(diǎn)。

支承壓力包括巷道周圍支承壓力與采動(dòng)支承壓力，工作面采空區(qū)形成的側(cè)向支承壓力與回采前的支承壓力相疊加，在工作面前方煤體上，形成一個(gè)強(qiáng)大的支承壓力集中區(qū)，該區(qū)域隨工作面的推進(jìn)而不斷前移，在工作面推進(jìn)后，老頂在其四周都有不同深度的斷裂。

動(dòng)載作用包括來壓和礦震，來壓包括老頂及關(guān)鍵層來壓；礦震包括煤柱的破壞、頂板的破斷、上覆巖層大范圍運(yùn)動(dòng)及斷層滑移等。

3305工作面傾斜長度約為45m，隨著工作面推采距離開切眼45m左右，工作面接近“單見方”，采場覆巖將形成“O”型覆巖空間結(jié)構(gòu)。覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)易造成工作面來大壓，并誘發(fā)兩側(cè)順槽附近區(qū)域發(fā)生沖擊地壓。工作面內(nèi)存在的高應(yīng)力“彈性核”容易在動(dòng)壓作用下，發(fā)生切斷，形成新的“斷層”，造成大的動(dòng)力災(zāi)害。

工作面兩側(cè)因受多次支承壓力疊加而被壓酥，使得支承壓力不斷向工作面中部轉(zhuǎn)移，面長愈短，轉(zhuǎn)移速度和幅度愈大，應(yīng)力集中系數(shù)也越大，從而使煤體及直接頂被壓酥壓碎。工作面端頭位于支承壓力峰值附近，頂板事故具有突發(fā)性，易產(chǎn)生漏冒。

另外，隨著孤島工作面的安全推采，煤柱寬度不斷減小，煤柱所承受的支承壓力因相互疊加造成應(yīng)力的進(jìn)一步升高，煤柱逐漸進(jìn)入高應(yīng)力區(qū)域甚至是極限應(yīng)力區(qū)。煤巖系統(tǒng)承受的極限應(yīng)力超過脆性介質(zhì)的臨界強(qiáng)度時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生脆性破壞，發(fā)生壓垮型沖擊地壓。

4 回采前防沖方案制定

4.1 專家評(píng)估與危險(xiǎn)區(qū)劃分

工作面回采前，聘請(qǐng)專家對(duì)工作面進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及防治技術(shù)研究，運(yùn)用巖層運(yùn)動(dòng)與礦山壓力規(guī)律，采用宏觀評(píng)價(jià)法和綜合指數(shù)法，結(jié)合工作面開采條件，確定出沖擊地壓潛在危險(xiǎn)區(qū)。

4.2 防沖監(jiān)測設(shè)備安設(shè)

工作面超前300m范圍安設(shè)KJ550型沖擊地壓在線及KJ551型微震監(jiān)測設(shè)備，實(shí)施24小時(shí)不間斷監(jiān)測。出現(xiàn)預(yù)警及時(shí)下達(dá)預(yù)警通知并限時(shí)解危。

4.3 鉆屑法檢測

鉆屑法檢測綜合利用煤粉量、距離、動(dòng)力效應(yīng)及煤粉粒度四個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行工作面沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。在防沖監(jiān)測工作中，煤粉檢測與應(yīng)力監(jiān)測配合使用，目前煤粉檢測值仍采用經(jīng)驗(yàn)值，煤粉量指標(biāo)以2.6kg/m判斷沖擊危險(xiǎn)性的臨界值，盡管本礦長期使用該指標(biāo)，但仍存在一些問題，針對(duì)不同生產(chǎn)技術(shù)及地質(zhì)條件下不同煤厚、不同硬度的煤層預(yù)警值應(yīng)存在差異；同時(shí)孔深與預(yù)警值應(yīng)存在相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，目前針對(duì)該問題，公司組織開展科研探索，為確定合理、科學(xué)的煤粉預(yù)警值，指導(dǎo)防沖工作。

4.4 爆破斷頂

在切眼內(nèi)，向工作面頂板方向施工一組深鉆孔，直至到達(dá)采動(dòng)影響范圍（一般為6～8倍的采高或工作面傾斜寬度的一半）內(nèi)最上面的堅(jiān)硬巖層，然后裝藥爆破，使堅(jiān)硬頂板產(chǎn)生斷裂，保證工作面初采期間的安全生產(chǎn)。

深孔爆破斷頂是使工作面內(nèi)的頂板產(chǎn)生斷裂，鉆孔斜向工作面內(nèi)，使用直徑75mm的鉆頭開孔直至設(shè)計(jì)深度，每組3個(gè)鉆孔，組內(nèi)孔間距0.8m，采用水膠炸藥斷頂爆破，裝配起爆藥卷時(shí)必須用竹簽扎孔，一塊藥卷需要分開使用時(shí)可用利器割開。

4.5 施工大直徑卸壓孔

通過實(shí)施大直徑鉆孔，造成巷道一定深度圍巖發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，形成一個(gè)弱化帶，引起巷道周邊圍巖內(nèi)的高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而使巷道周邊附近圍巖處于低應(yīng)力區(qū)，當(dāng)發(fā)生沖擊時(shí)，一方面大直徑鉆孔的空間能夠吸收沖出的煤粉，防止煤體沖出，另一方面卸壓區(qū)內(nèi)頂?shù)装宓拈]合產(chǎn)生“楔形”阻力帶，能夠一定程度阻止煤體沖出。

靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)處理思路：在工作面采動(dòng)影響之前，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行預(yù)卸壓處理，通過改變煤體的物理性質(zhì)，降低沖擊傾向指標(biāo)，從而達(dá)到消除沖擊危險(xiǎn)的目的，其特點(diǎn)是預(yù)卸壓。

動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)區(qū)處理思路：顯現(xiàn)危險(xiǎn)信息后，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行解危處理，通過改變煤體的物理性質(zhì)，促進(jìn)應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到解除沖擊危險(xiǎn)的目的，其特點(diǎn)是解危。

按照沖擊危險(xiǎn)性程度始終超前工作面300m施工大直徑卸壓孔卸壓，卸壓孔間距按照沖擊危險(xiǎn)性確定：一般危險(xiǎn)區(qū)不大于3m、中度危險(xiǎn)區(qū)不大于2m、高度危險(xiǎn)區(qū)不大于1m；卸壓孔深度按照煤層厚度確定：該工作面煤層厚度3.2m，鉆孔不小于18m。

4.6 支護(hù)與防護(hù)

工作面兩巷超前支護(hù)距離不小于150m；兩順槽沿走向施工幫部錨索梁支護(hù)；幫部及頂板錨桿盤全部捆綁鐵絲防崩；兩順槽超前300m備用設(shè)備全部固定生根。

5 結(jié)語

不完全孤島工作面的開采必然形成高應(yīng)力集中，在大采深、復(fù)雜覆巖空間結(jié)構(gòu)和工作面開采因素的耦合條件下，工作面的應(yīng)力升高危險(xiǎn)區(qū)域明顯多于相同條件下的其他工作面，沖擊地壓危險(xiǎn)性程度很高，易引起沖擊地壓。從“強(qiáng)監(jiān)測、強(qiáng)卸壓、強(qiáng)支護(hù)、強(qiáng)防護(hù)”四個(gè)方面，闡述了工作面防沖治理方案。開創(chuàng)性地提出了“俯角注水卸壓孔施工方案”，將大直徑卸壓鉆孔與煤層注水相結(jié)合。

邱運(yùn)來（1966—），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，從事采礦技術(shù)工作。