深井弱沖擊傾向性煤巖層防沖實(shí)踐

張繼周

(江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院安全工程系)

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深井弱沖擊傾向性煤巖層防沖實(shí)踐

張繼周

(江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院安全工程系)

某礦7447綜采工作面超前采取大直徑鉆孔卸壓措施，在回采過程中主要以微震監(jiān)測、電磁輻射法、鉆屑法以及常規(guī)礦壓觀測等方法綜合預(yù)測為主，若預(yù)測指標(biāo)達(dá)到或超過臨界值、有異常動力現(xiàn)象時，重新評估并編制專項治理措施進(jìn)行消沖、解危。通過對該礦74447綜采工作面的防沖措施進(jìn)行詳細(xì)分析，供類似礦山參考。

沖擊地壓微震監(jiān)測電磁輻射監(jiān)測鉆屑法措施

某礦7447綜采工作面走向長1 100～1 190m，平均1 150m，傾向長169～175m，平均171m，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，煤厚1.1～2.5m，平均2.3m，可采儲量為57.46萬t。7747綜采工作面標(biāo)高-980～-1 080m，地面標(biāo)高+41.1～+42.0m。在綜合考慮安全生產(chǎn)效率、煤質(zhì)等因素的基礎(chǔ)上，確定該工作面采高2.3～2.8m，平均2.6m，采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化采煤工藝，采用MG400/930-WD型采煤機(jī)、ZY6000/15/29、ZYG6000/15/29型掩護(hù)式液壓支架、SGZ800/800型刮板輸送機(jī)。該礦-1 010m水平7#煤及其頂板屬Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的煤巖層，7447綜采工作面屬弱沖擊危險區(qū)域，因而有必要對該工作面防沖措施進(jìn)行研究。

1　沖擊危險預(yù)測預(yù)報

1.1微震監(jiān)測

當(dāng)前微震系統(tǒng)的使用已較成熟，微震監(jiān)測系統(tǒng)中心站執(zhí)行24h值班制度，當(dāng)震動事件能量超過1.0×105J時，微震監(jiān)測人員應(yīng)立即匯報給微震工程技術(shù)人員進(jìn)行復(fù)檢，對于確認(rèn)超過震動能量臨界值的微震事件，應(yīng)及時與微震定位點(diǎn)附近的采掘工作面聯(lián)系，詢問并記錄現(xiàn)場礦壓顯現(xiàn)、動力現(xiàn)象及震動破壞情況，并及時下發(fā)微震監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警書。若井下工作面現(xiàn)場有沖擊事件發(fā)生時，應(yīng)立即向調(diào)度室匯報，由調(diào)度室詢問井下地點(diǎn)的實(shí)際情況并匯報給礦方相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，并向集團(tuán)公司生產(chǎn)技術(shù)部匯報，迅速啟動沖擊地壓事故應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行應(yīng)急救援。當(dāng)微震系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)7447綜采工作面及其周邊有異?，F(xiàn)象時，該工作面可正常生產(chǎn)，當(dāng)微震系統(tǒng)監(jiān)測到礦震活動異常(礦震頻次增大、大能量震動次數(shù)增多等)時，由防沖科向生產(chǎn)單位及防沖工區(qū)下達(dá)微震監(jiān)測預(yù)警通知，并最遲在24h內(nèi)對微震監(jiān)測異常區(qū)域采用電磁輻射法進(jìn)行監(jiān)測。如無異常，可解除該處預(yù)警；若電磁輻射數(shù)據(jù)仍顯示異常，則需根據(jù)下列情況采取不同方案：

(1)數(shù)據(jù)異常區(qū)域存在干擾因素(如周圍有采區(qū)主要動力電纜、電纜群、開關(guān)群組、變電所、風(fēng)機(jī)等)，且無法排除時(如某些巷道懸掛有數(shù)條主要動力電纜，或異常區(qū)域位于變電所附近等，無法全部進(jìn)行停電處理)。用鉆屑法對該區(qū)域進(jìn)行最后的驗證，在異常區(qū)域煤體內(nèi)以2～5m間距施工鉆屑法預(yù)測鉆孔，直徑42mm，孔深8m(有斷層等地質(zhì)構(gòu)造致使鉆孔深度未及8m便見巖時，應(yīng)在距原孔不小于1m處重新施工預(yù)測鉆孔，若仍無法達(dá)到8m，則以見巖為止)，方向垂直于煤壁并沿頂板傾向。當(dāng)整個區(qū)域內(nèi)鉆屑總量及粒徑大于3mm的塊狀顆粒量均未超標(biāo)時，可認(rèn)為該區(qū)域無沖擊危險，否則須采取相應(yīng)的解危措施。

(2)數(shù)據(jù)異常區(qū)域無干擾因素。當(dāng)確認(rèn)無其他干擾因素、電磁輻射數(shù)據(jù)仍顯示異常時，可認(rèn)為該區(qū)域內(nèi)存在沖擊危險，并采取相應(yīng)的解危措施。

1.2電磁輻射監(jiān)測

采煤面上均勻布置6個電磁輻射測點(diǎn)，材料道和皮帶機(jī)道超前布設(shè)于300m范圍內(nèi)，在回采煤體一側(cè)每隔25m布設(shè)一個測點(diǎn)，當(dāng)兩道長度不足300m時，兩道各均勻布置10個測點(diǎn)，當(dāng)兩道長度不足100m時，每10m布設(shè)一個測點(diǎn)。工作面及其超前300m范圍內(nèi)(當(dāng)距停采線不足300m時監(jiān)測兩道全長)每4d至少進(jìn)行一次電磁輻射預(yù)測。當(dāng)微震監(jiān)測系統(tǒng)未顯示7447綜采工作面區(qū)域范圍有異?，F(xiàn)象時，應(yīng)每旬對該工作面超前300m以外可能受到采動干擾的區(qū)域進(jìn)行一次電磁輻射監(jiān)測，測點(diǎn)按照20m間距布置，預(yù)測范圍應(yīng)完全覆蓋一般及中等危險區(qū)域，并包含外圍可能受到采動影響且經(jīng)常行人運(yùn)料的地點(diǎn)。隨著工作面的推進(jìn)，當(dāng)兩道后方的一般及中等危險區(qū)域逐步處于超前300m范圍內(nèi)時，無需每旬單獨(dú)對其進(jìn)行預(yù)測，每4d對超前300m范圍進(jìn)行整體預(yù)測即可，7447綜采工作面區(qū)域性電磁輻射監(jiān)測的測點(diǎn)布置如見圖1所示。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示異常時，若能夠確認(rèn)無干擾因素，并可直接判定數(shù)據(jù)異常區(qū)域存在沖擊危險，則直接進(jìn)入解危作業(yè)階段；若無法確認(rèn)已排除了所有受干擾因素，則需用鉆屑法對該區(qū)域進(jìn)行驗證。在異常區(qū)域煤體內(nèi)以2～5m間距施工鉆屑法預(yù)測鉆孔，直徑42mm，孔深8m(有斷層地質(zhì)構(gòu)造致使鉆孔深度未及8m便見巖時，應(yīng)在距原孔不小于1m處重新施工預(yù)測鉆孔，若仍無法達(dá)到8m，則以見巖為止)，方向垂直于煤壁并沿頂板傾向。當(dāng)整個區(qū)域內(nèi)鉆屑總量及粒徑大于3mm的塊狀顆粒量均未超標(biāo)時，可認(rèn)為該區(qū)域無沖擊危險，否則須采取相應(yīng)的解危措施。

圖1　7447綜采面區(qū)域電磁輻射測點(diǎn)布設(shè)

1.3鉆屑法

通過在煤層中打直徑42～50mm的鉆孔，通過測量排出的煤粉量及粒徑大于3mm的塊狀顆粒量與臨界值進(jìn)行對比，鑒別煤巖層是否具有沖擊危險性。鉆孔深度對應(yīng)的臨界值見表1。當(dāng)鉆屑總量超過臨界值，或塊狀顆粒超過鉆屑總量的1/3，或鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重卡鉆、吸鉆、煤炮增多等異?，F(xiàn)象時，可判定所測地點(diǎn)具有一定的沖擊危險性。

表1　7447綜采工作面鉆屑量臨界值

(1)鉆孔施工參數(shù)。ZQS-35手持式氣動鉆機(jī)(風(fēng)煤鉆)及配套麻花鉆桿和鉆頭；直徑42mm、長1 000mm麻花鉆桿；鉆頭直徑42mm；鉆孔深度不小于8m(若有斷層等地質(zhì)構(gòu)造致使鉆孔無法達(dá)到8m時，應(yīng)在距原孔不小于1m處重新施工預(yù)測鉆孔，若仍無法達(dá)到8m，則以見巖為止)；鉆孔位置為底板向上0.6～1.0m處(有斷層等構(gòu)造時適當(dāng)調(diào)整其高度，使之布置于煤層內(nèi))。

(2)鉆孔布置。鉆孔布置于煤層內(nèi)，垂直于煤壁、平行于層面。出現(xiàn)斷層、構(gòu)造時，可適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置。當(dāng)煤厚小于1m時，可暫不施工鉆孔，迎頭中間布置一個鉆孔，每推進(jìn)20m，左幫及時進(jìn)行預(yù)測布置一個鉆孔，要求靠近迎頭處兩幫預(yù)測孔滯后迎頭不超過20m。

(3)預(yù)測時間。在配合電磁輻射預(yù)測時，進(jìn)行電磁輻射預(yù)測后每推進(jìn)20m(或3～4d)至少進(jìn)行一次預(yù)測。無電磁輻射預(yù)測時工作面推進(jìn)距離不得超過預(yù)測孔長度減去2m后的數(shù)值。過應(yīng)力集中區(qū)時應(yīng)每天進(jìn)行鉆屑法預(yù)測。停頭期間不進(jìn)行預(yù)測，停頭3d以上恢復(fù)生產(chǎn)前一個班用鉆屑法或電磁輻射法進(jìn)行預(yù)測。當(dāng)輻射儀發(fā)生故障無法正常使用或迎頭壓力增大動力現(xiàn)象明顯時，應(yīng)每天進(jìn)行鉆屑法預(yù)測；當(dāng)判定有沖擊危險時，應(yīng)每班進(jìn)行鉆屑法預(yù)測，直至動力現(xiàn)象基本消失且鉆屑量指標(biāo)連續(xù)一周正常后，方可恢復(fù)至一般的預(yù)測頻率。

1.4常規(guī)礦壓觀測

工作面三班驗收員、班長以及跟班負(fù)責(zé)人應(yīng)對巷道內(nèi)的礦壓進(jìn)行觀測，若發(fā)現(xiàn)支架變形及錨桿錨索崩斷情況較嚴(yán)重、煤炮頻繁、煤壁外鼓、打眼易卡鉆吸鉆等異常動力現(xiàn)象時，應(yīng)及時向調(diào)度室和防沖科匯報。

2　沖擊地壓解危措施

2.1超前防治措施

對于中等沖擊危險區(qū)域，應(yīng)采取超前防治措施，即未監(jiān)測到?jīng)_擊征兆時也在該處采取相關(guān)的減弱沖擊危險性措施。超前防治措施采取大直徑鉆孔卸壓及高壓注水方案。

(1)注水孔參數(shù)。設(shè)計孔深不小于40m，鉆孔直徑113mm，封孔長度5m，封孔方式為AB膠或水泥配合1.5寸pvc管路進(jìn)行封孔，或直接采用膠囊封孔。

(2)注水要求。先用防塵水壓力注20min，若注水孔不漏水，周邊煤壁、錨桿孔未出水且相鄰注水孔也未出水時，使用高壓低流量注水泵進(jìn)行加壓，每20min加壓0.2MPa，直至壓力無法再上升為止。

(3)安全技術(shù)措施。在高壓注水期間，無關(guān)人員應(yīng)避開注水孔30m以外，若需觀察釋放孔出水情況時，則應(yīng)快進(jìn)快出，嚴(yán)禁正對正在注水的鉆孔。若注水期間有嚴(yán)重動力現(xiàn)象發(fā)生時(煤炮頻繁、煤壁外鼓、片幫掉渣等)，應(yīng)暫停注水，人員撤離至300m以外，待確認(rèn)無危險后方可再次施工。

2.2一般性措施

在沖擊危險區(qū)域施工大直徑卸壓鉆孔，深度達(dá)到應(yīng)力峰值區(qū)域。當(dāng)大直徑鉆孔施工完畢，仍未達(dá)到理想的卸壓效果時，在卸壓鉆孔內(nèi)進(jìn)行高壓注水，濕潤、致裂煤體進(jìn)一步進(jìn)行卸壓。若仍未達(dá)到卸壓效果，則采用卸壓爆破方法進(jìn)行解危。

3　結(jié)　語

某礦7447綜采工作面采取本研究提出的解危措施后，在沖擊危險區(qū)域每隔10m施工一個預(yù)測鉆孔，預(yù)測孔應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離卸壓孔及注水孔，孔深不小于8m，高度距底板1.0～1.5m，當(dāng)任一鉆孔的每米鉆屑量未超過臨界值、粒徑大于3mm的塊狀顆粒量未超過總重量的30%，且無明顯吸鉆、卡鉆等異常動力現(xiàn)象時，可認(rèn)為該區(qū)域無沖擊危險。

2016-06-01)

張繼周(1973—)，男，講師，221011 江蘇省徐州市賈汪區(qū)育才路1號。