深部復(fù)雜條件沿空掘巷防沖技術(shù)研究

劉超++楊濤

摘 要：隨著煤炭資源的不斷回收，開(kāi)采深度日益增加，特別是孤島工作面的形成，沖擊地壓已成為威脅礦井安全的主要災(zāi)害之一。而面對(duì)突發(fā)性較強(qiáng)的沖擊災(zāi)害，除了采取必要的卸壓解危措施外，還要依靠先進(jìn)的科技手段，超前預(yù)防，科學(xué)分析，有針對(duì)性的進(jìn)行卸壓解危處理，及時(shí)消除沖擊危險(xiǎn)，有效指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：防沖技術(shù)；掘進(jìn)；微震

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.048

1 工作面概況

朝陽(yáng)煤礦主采3下煤層，經(jīng)鑒定3下煤層具有沖擊傾向性。3108工作面位于朝陽(yáng)煤礦三一采區(qū)中部，東鄰3107采空區(qū)，西鄰3108（西）采空區(qū)，工作面標(biāo)高為-740m～-720m。3108工作面煤巖層總體形態(tài)為一寬緩向斜，軸向NE，向SW傾伏，傾角7°～14°，斷層附近傾角變化較大，局部有起伏。3108材料道沿3108（西）工作面采空區(qū)掘進(jìn)，中間留設(shè)3.5米煤柱。巷道開(kāi)門(mén)點(diǎn)位于F2、F3斷層交匯處，從開(kāi)門(mén)點(diǎn)掘進(jìn)135米到3108（西）工作面停采線位置。

3108材料道掘進(jìn)期間利用SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)，并進(jìn)行震源的定位和能量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)等工作，當(dāng)監(jiān)測(cè)到大能量事件時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)壓顯現(xiàn)情況進(jìn)一步分析，判斷震動(dòng)的機(jī)制和沖擊危險(xiǎn)程度；利用KJ551煤體應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)巷道煤體應(yīng)力情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)應(yīng)力值升高出現(xiàn)預(yù)警，及時(shí)在異常區(qū)域采取卸壓解危措施；利用鉆屑法進(jìn)一步驗(yàn)證監(jiān)測(cè)和卸壓解危效果，經(jīng)檢測(cè)無(wú)危險(xiǎn)時(shí)方可恢復(fù)采掘活動(dòng)。

2 監(jiān)測(cè)規(guī)律分析及防沖措施

3108材料道自掘進(jìn)以來(lái)，產(chǎn)生的微震事件（圖1），根據(jù)微震事件形成分布規(guī)律分階段進(jìn)行分析。

（1）巖巷段掘進(jìn)微震活動(dòng)很少，進(jìn)入煤巷段施工卸壓孔伴有小煤炮、煤粉由粉末狀，并且隨著掘進(jìn)深入逐漸變?yōu)樾☆w粒狀。微震監(jiān)測(cè)定位事件發(fā)現(xiàn)主要集中在F2、F3斷層處、巷道實(shí)體煤側(cè)和3108（西）工作面實(shí)體煤柱中，其事件影響范圍至超前20米。巷道掘進(jìn)至70米時(shí)現(xiàn)場(chǎng)卸壓出現(xiàn)卡鉆、吸鉆、煤粉量增多、塌孔等動(dòng)壓顯現(xiàn)，此時(shí)事件影響范圍到達(dá)超前30米，微震活動(dòng)呈現(xiàn)一個(gè)整體快速上升過(guò)程。

此階段的微震事件分布與現(xiàn)場(chǎng)采掘活動(dòng)密切相關(guān)，與卸壓過(guò)程所表現(xiàn)的動(dòng)壓顯現(xiàn)信息相對(duì)應(yīng)。由于F3斷層切割作用的形成大致三角形狀孤島煤柱，以至留設(shè)的煤柱寬度變化較大，煤柱本身的原巖應(yīng)力很高，應(yīng)力集中程度很大。受采掘活動(dòng)影響和卸壓影響，煤巖系統(tǒng)所儲(chǔ)存的彈性能釋放，釋放所儲(chǔ)存的彈性能而達(dá)到卸壓狀態(tài)，能量以震動(dòng)波形式對(duì)外傳播，形成此階段微震事件分布。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所表現(xiàn)的動(dòng)壓顯現(xiàn)信息和監(jiān)測(cè)情況，采取一些針對(duì)性的卸壓解危措施，一是降低巷道掘進(jìn)進(jìn)度，緩解應(yīng)力集中程度。側(cè)重力量保證迎頭區(qū)段超前、幫部卸壓、幫部爆破卸壓等施工質(zhì)量。二是在內(nèi)幫緊跟扒裝機(jī)向外依次施工重復(fù)卸壓孔，先以3米的卸壓間距將卸壓孔施工，然后在前期間距3米重復(fù)卸壓孔中間補(bǔ)打一組，孔深均為20米。三是在后路增加順巷單體護(hù)頂措施，要求單體支設(shè)間距5米。

（2）隨著掘進(jìn)深入，現(xiàn)場(chǎng)卸壓出現(xiàn)大煤炮次數(shù)增多，吸鉆、卡鉆現(xiàn)象也開(kāi)始增多。微震活動(dòng)保持在較高水平，事件影響范圍也擴(kuò)散至超前60米處。隨著掘進(jìn)接近向斜軸，微震活動(dòng)稍微降低，卸壓時(shí)也表現(xiàn)為細(xì)小顆?；蚍勰?。在此區(qū)域掘進(jìn)也仍需加強(qiáng)頂板管理，隨著掘進(jìn)，應(yīng)力會(huì)進(jìn)一步積聚。

分析原因，隨著掘進(jìn)巷道越來(lái)越接近3108（西）停采線， 此采空區(qū)的超前支承壓力、側(cè)向支承壓力和3108材料道側(cè)向支承壓力疊加，形成了較高的應(yīng)力集中。而且隨著接近向斜軸，構(gòu)造應(yīng)力也在進(jìn)一步增加。

而針對(duì)應(yīng)力集中，應(yīng)持續(xù)加大卸壓力度。除采取常規(guī)卸壓措施外，對(duì)此受停采煤柱影響的應(yīng)力集中區(qū)段，每間隔5m進(jìn)行一組幫部煤體松動(dòng)爆破，要求爆破鉆孔滯后迎頭距離5-10米。施工卸壓孔和幫部爆破卸壓后，經(jīng)取煤粉檢驗(yàn)煤粉量保持在了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的較低水平。

（3）掘進(jìn)至向斜另一翼時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)壓顯現(xiàn)又開(kāi)始明顯，此處也是沖擊地壓的易發(fā)區(qū)。微震事件影響范圍變得更廣，已遍布整個(gè)工作面到達(dá)皮帶巷。經(jīng)過(guò)這一階段的能量釋放，掘進(jìn)過(guò)軸部110米后，微震活動(dòng)開(kāi)始減少，而且較分散，微震活動(dòng)趨于平穩(wěn)。

掘進(jìn)過(guò)向斜軸54米處，應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)11#應(yīng)力計(jì)（位于向斜軸部處）升高，出現(xiàn)了一次預(yù)警。此時(shí)。此次預(yù)警也證明了向斜軸處的應(yīng)力集中程度較高，出現(xiàn)預(yù)警后在通過(guò)在預(yù)警區(qū)域再次卸壓處理，應(yīng)力值恢復(fù)到正常水平。

此階段巷道沿3108（西）工作面采空區(qū)掘進(jìn)，受采空區(qū)側(cè)向支承壓力和小煤柱上方懸露巖層影響。雖然小煤柱易于進(jìn)入塑性狀態(tài)，但由于實(shí)體煤側(cè)應(yīng)力集中水平高和煤柱上方巖層的不穩(wěn)定，掘進(jìn)期間該區(qū)域也是沖擊高危區(qū)域，仍需加強(qiáng)卸壓措施。

一般而言，皮帶巷和材料巷要在切眼附近位置貫通，由于兩掘進(jìn)頭超前支承壓力的疊加，貫通處通常是沖擊礦壓高危險(xiǎn)區(qū)域。綜合考慮皮帶巷和材料巷的條件和沖擊危險(xiǎn)狀況，將兩巷道貫通位置選擇在材料道。兩巷貫通前，超前施工大直徑鉆孔卸壓，首先利用卸壓鉆孔貫通，為兩巷道貫通做準(zhǔn)備，鉆孔深度累計(jì)大于40m。

3 結(jié)論

（1）微震活動(dòng)主要集中在煤巷區(qū)域，受人為采掘活動(dòng)的影響比較大，在停產(chǎn)檢修時(shí)期，微震頻度和能量明顯減少，說(shuō)明礦震與礦井的生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)。

（2）微震活動(dòng)影響范圍從采掘迎頭前20米多則至60米，受此影響需及時(shí)采取迎頭超前卸壓措施。

（3）微震活動(dòng)密集區(qū)域多發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造及周?chē)灰?guī)則煤柱區(qū)域，受采動(dòng)影響，特殊區(qū)域發(fā)生沖擊地壓的可能性較高，需采取有效措施防止沖擊事故發(fā)生。

（4）在向斜兩翼時(shí)微震活動(dòng)較頻繁，需采取有效卸壓措施降低沖擊危險(xiǎn)程度，進(jìn)入軸部時(shí)反而微震活動(dòng)不是相對(duì)強(qiáng)烈。

（5）掘進(jìn)期間微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)分析，能摸清應(yīng)力分布規(guī)律，為下一步工作面回采提供參考數(shù)據(jù)，對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要的意義。

作者簡(jiǎn)介：劉超（1987-），男，山東棗莊人，助理工程師，技術(shù)員。