掘進(jìn)工作面沖擊地壓的防治

范 勇

（河南大有能源股份有限公司，河南 義馬 472431）

1 工作面概況

13210下巷位于東三采區(qū)東翼，北側(cè)為正在回采的（2-3）13190工作面，西部和南部為未開(kāi)采的2～3煤實(shí)體，東與千秋礦邊界煤柱相隔。下巷標(biāo)高+1m～+45m，地面標(biāo)高+625 m～+656 m，平均采深600 m。走向長(zhǎng)度1050m，煤層傾角10°～14°。直接頂為灰黑色、黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，平均厚度20.5m；老頂為總厚度大于100m的堅(jiān)硬砂巖；煤層直接底為深灰色泥巖，厚1.2～4.20m，平均2.50m；該工作面所采煤層為2～3煤，含夾矸3～5層，煤層厚度平均為9m，該面地質(zhì)構(gòu)造條件較簡(jiǎn)單，煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構(gòu)造，高瓦斯、煤層極易自燃、具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)傾向。

2 沖擊危險(xiǎn)性分析

2.1 煤巖的物理力學(xué)特性

根據(jù)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，煤層單向抗壓強(qiáng)度值為16.0 MPa，煤的平均彈性能指數(shù)為16.6，平均沖擊能指數(shù)為9.2，其沖擊傾向性為強(qiáng)沖擊。

2.2 開(kāi)采深度影響

13210工作面采深為583～617m，平均采深600m，處于沖擊礦壓危險(xiǎn)增加深度。

2.3 沖擊礦壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

13210下巷地質(zhì)因素分析計(jì)算該面沖擊危險(xiǎn)指數(shù)為0.58；根據(jù)開(kāi)采技術(shù)條件分析計(jì)算沖擊危險(xiǎn)指數(shù)0.42。則由此可知，沖擊危險(xiǎn)性指數(shù)為0.58，為中等沖擊危險(xiǎn)性。在沖擊危險(xiǎn)性影響因素中，地質(zhì)因素起著決定性作用。

3 掘進(jìn)期間防沖設(shè)計(jì)

3.1 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

13210工作面上下巷掘進(jìn)采用錨網(wǎng)索+36 U 型棚復(fù)合支護(hù)。底板控制以分次落底為主，一次性落底不超過(guò)1 m，巷高度不低于4.0m，巷道支護(hù)見(jiàn)圖1。

3.2 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

（1）KBD5電磁輻射監(jiān)測(cè)。迎頭布置3個(gè)點(diǎn)，中心及距上、下幫0.5m 各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性預(yù)報(bào)；兩幫距掘進(jìn)頭200m 范圍布置測(cè)點(diǎn)，窩頭向外前100m 每隔10m 一個(gè)測(cè)點(diǎn)，超過(guò)100m 每隔20m 一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)滯后不超過(guò)10m。臨界強(qiáng)度值65mv，脈沖值70。

圖1 巷道支護(hù)平面

（2）鉆屑法監(jiān)測(cè)。電磁輻射監(jiān)測(cè)異常區(qū)域及時(shí)采用鉆屑法進(jìn)行校測(cè)。采用直徑42mm 鉆頭，孔深10m，鉆孔位于巷道正頭中心，鉆眼方向和巷道掘進(jìn)方向一致。校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：距煤壁4～10m 的范圍內(nèi)出現(xiàn)每米煤粉量大于臨界值5kg，認(rèn)為存在沖擊危險(xiǎn)。

（3）礦壓監(jiān)測(cè)。每50 m 掘進(jìn)巷道安裝1臺(tái)頂板離層動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀；在巷道兩幫左右各設(shè)1個(gè)錨桿受力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每根錨桿安裝1臺(tái)載荷傳感器，地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收井下監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)，巷道離層在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝示意見(jiàn)圖2。

圖2 巷道離層在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝示意

（4）礦震監(jiān)測(cè)。利用礦震系統(tǒng)通過(guò)對(duì)井下礦震監(jiān)測(cè)，實(shí)行數(shù)據(jù)不間斷傳輸。根據(jù)煤炮發(fā)生次數(shù)及動(dòng)力能量記錄，分析應(yīng)力集中區(qū)域的分布情況，為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)動(dòng)力災(zāi)害提供依據(jù)。

3.3 卸壓方案

下巷掘進(jìn)期間巷道正頭利用卸壓爆破卸壓，上幫利用卸壓炮、高壓注水聯(lián)合卸壓，下幫利用卸壓炮、卸壓硐室聯(lián)合卸壓。

（1）爆破卸壓。下巷掘進(jìn)期間卸壓工程施工爆破孔布置見(jiàn)圖3；迎頭布置爆破孔2個(gè)，沿巷道方向水平鉆進(jìn)，垂直于煤壁，2個(gè)裝藥炮孔孔口距底板1.0～1.5m，距上、下幫各1.0m，鉆孔孔深15m。上下幫爆破孔間距5m，深度20m，滯后掘進(jìn)正頭不大于15m。掘進(jìn)正頭深孔卸壓爆破后用鉆屑法進(jìn)行檢驗(yàn)，眼深12m，檢驗(yàn)范圍4～12m，臨界值暫定5kg并根據(jù)動(dòng)力監(jiān)測(cè)情況及時(shí)修正優(yōu)化，無(wú)沖危險(xiǎn)后可掘進(jìn)10m，以此循環(huán)。

（2）卸壓硐室。在下巷下幫每40 m 施工一個(gè)卸壓硐室，深×寬×高為：4 m×4 m×2.5 m，支護(hù)形式：錨網(wǎng)支護(hù)。

圖3 下巷掘進(jìn)期間卸壓工程施工示意

（3）高壓注水。在上巷下幫每30 m 施工一個(gè)注水鉆場(chǎng)，對(duì)煤體進(jìn)行高壓注水，注水孔布置形式見(jiàn)圖4。注水孔直徑為76mm；注水壓力不低于12 MPa，每孔流量5m3／h；注水實(shí)施指標(biāo)為含水率增值為2.0%。

圖4 注水孔布置形式

注水量根據(jù)公式Q=K·T·W／100q 和T=L·S·M·γ／n進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q 為個(gè)注水孔的注水量，m3；q為水的密度，g=1t／m3；K 為富余系數(shù)，一般為1.2～1.55；T 為個(gè)注水孔承擔(dān)的濕潤(rùn)煤量，t；W 為預(yù)計(jì)含水率增值，%；L為待注水煤體在鉆孔軸向方向的尺寸，m；S為注水孔間距，m；M 為注水孔附近煤層平均厚度，m；γ為煤的密度，t／m3；N 為注水孔個(gè)數(shù)，取3。

根據(jù)計(jì)算得Q=1100m3。

3.4 壓風(fēng)自救系統(tǒng)設(shè)計(jì)

下巷行人側(cè)每50 m 安裝一組壓風(fēng)自救裝置，每組5套，最后一組距窩面10～15 m，安裝高度為橫桿距底板1.5m，供風(fēng)管路為巷內(nèi)壓風(fēng)管。

3.5 防治措施的效果檢驗(yàn)

解危爆破后，先用電磁輻射儀結(jié)合鉆屑法進(jìn)行解危效果監(jiān)測(cè)，確認(rèn)危險(xiǎn)解除后，方可進(jìn)行正常作業(yè)。否則必須再采取解危措施，如此循環(huán)，直至危險(xiǎn)解除。

4 結(jié)語(yǔ)

13210下巷通過(guò)采用松動(dòng)爆破、煤層高壓注水卸壓硐室等解危措施，弱化巷道及工作面周?chē)簬r強(qiáng)度，減弱以至杜絕沖擊地壓的發(fā)生。巷道變形破壞情況也得到較大程度的改善。耿村煤礦的成功經(jīng)驗(yàn)也為具有沖擊傾向性的易自燃特厚煤層的開(kāi)采提供了借鑒。