基于深部開采條件下的沖擊地壓預(yù)測(cè)與防治技術(shù)研究

摘 要：沖擊地壓作為礦山災(zāi)害的一種，隨著我國(guó)深部開采礦井的增多，沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生次數(shù)逐年升高。深部開采條件下進(jìn)行沖擊地壓預(yù)測(cè)與防治，已經(jīng)成為眾多學(xué)者關(guān)注的重要問題。本文以某礦東四盤區(qū)4#煤層30114E工作面為研究對(duì)象，對(duì)工作面發(fā)生沖擊地壓的可能性進(jìn)行預(yù)測(cè)和防治研究，提出對(duì)應(yīng)的解決方案和措施，為將來類似煤礦提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：深部開采；沖擊地壓；預(yù)測(cè)與防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.052

0 引言

煤礦井下開采過程中，使煤、巖層內(nèi)部?jī)?chǔ)存的能量在高應(yīng)力的作用下短時(shí)間內(nèi)突然釋放，在釋放過程中拋出的煤巖體對(duì)工作面、巷道中的作業(yè)人員的人身安全及井下設(shè)備造成嚴(yán)重威脅，這種現(xiàn)象稱之為沖擊地壓。針對(duì)沖擊地壓的研究，國(guó)內(nèi)外專家從18世紀(jì)至今從未間斷，受限于其發(fā)生時(shí)的多樣性、隨機(jī)性及突然性等特點(diǎn)，盡管廣大研究人員先后提出了能量理論、剛度理論和強(qiáng)度理論等觀點(diǎn)，也總結(jié)出了經(jīng)驗(yàn)類比法、局部探測(cè)法等相關(guān)預(yù)測(cè)方法，但對(duì)沖擊地壓的發(fā)生和防治依然無法達(dá)到完全杜絕，尤其是當(dāng)前各個(gè)煤礦都有深部開采的趨勢(shì)下，沖擊地壓?jiǎn)栴}愈發(fā)需要引起重視。結(jié)合國(guó)內(nèi)外煤礦的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，沖擊地壓發(fā)生的頻率和強(qiáng)度會(huì)隨開采深度加深而增大，當(dāng)超過600m采深后，發(fā)生沖擊地壓的概率以及強(qiáng)度都持續(xù)大幅增加，參見圖1。

本文以某礦東四盤區(qū)4#煤層30114E工作面為研究對(duì)象，該煤層埋深大，平均深度為800～1000m，綜合煤層性質(zhì)和地質(zhì)條件，其發(fā)生沖擊地壓可能性大幅度增加，故對(duì)沖擊地壓的預(yù)測(cè)和防治進(jìn)行研究是很有必要的。

1 工程概況

該礦東四盤區(qū)4#煤層30114E綜放工作面長(zhǎng)度300m，走向1200m，東臨實(shí)體煤，南接606軌道巷、回風(fēng)大巷及運(yùn)輸大巷，西接30114E工作面采空區(qū)，北部為保護(hù)煤柱。所采4#煤層賦存于山西組下部，采高4m，煤層傾角0°～38°，平均14°，埋深約800～1000m，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，總體來說仍屬全井田可采的穩(wěn)定煤層。4#煤層頂板以泥巖為主。底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粘土泥巖多層混合，工作面掘巷過程中揭露9條斷層。

2 預(yù)測(cè)技術(shù)

（1）鉆屑量監(jiān)測(cè)。①對(duì)30114E工作面上、下巷超前40～120m范圍，布置直徑50mm的鉆孔，鉆孔孔深12m。記錄監(jiān)測(cè)每天每孔每米的鉆屑量，繪出正常鉆屑量曲線圖，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)鉆屑量。每次監(jiān)測(cè)后須留有大于5m的安全距離。對(duì)工作面內(nèi)可能存在沖擊危險(xiǎn)的特殊地質(zhì)構(gòu)造區(qū)，需要制定專門的鉆屑量監(jiān)測(cè)方案，實(shí)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)控。②明確沖擊地壓危險(xiǎn)的鉆屑量臨界值。判定工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)性的鉆粉率指數(shù)。如果檢測(cè)到的鉆屑量超過臨界指標(biāo)，或出現(xiàn)卡鉆、鉆桿躍動(dòng)、頂鉆、壓死鉆桿等現(xiàn)象，可認(rèn)為煤體處于臨界應(yīng)力狀態(tài)，必須及時(shí)采取相應(yīng)的解危措施。（2）微震監(jiān)測(cè)。采用ARSMIS M/E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)30114E工作面的微震活動(dòng)，每日當(dāng)值人員要在回風(fēng)大巷、膠帶大巷和30114E工作面兩順槽固定布置多臺(tái)檢振器，通過統(tǒng)計(jì)工作面微震活動(dòng)的強(qiáng)弱及發(fā)生頻次，計(jì)算釋放能量，評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性。（3）應(yīng)力監(jiān)測(cè)。安裝應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)30114E工作面煤巖體應(yīng)力狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。其中，應(yīng)力監(jiān)測(cè)探頭需安裝在工作面巷道的實(shí)體煤中，每?jī)山M的布置間距為30m，每組再設(shè)兩個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)計(jì)，作業(yè)人員需全天不間斷觀測(cè)各鉆孔受力情況，統(tǒng)計(jì)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析應(yīng)力的變化情況，并制作相關(guān)報(bào)表及時(shí)匯報(bào)。

3 防治措施

30114E工作面掘進(jìn)期間，主要采用大直徑鉆孔卸壓、高壓注水及煤體卸壓爆破三方位綜合防治措施。

（1）大直徑鉆孔卸壓。巷道每隔4～5m實(shí)施一個(gè)大直徑鉆孔，鉆孔垂直于煤幫，距離底板1～2m。鉆孔孔徑φ150mm，孔深取30m。施工鉆孔的進(jìn)度需要緊接掘進(jìn)迎頭進(jìn)度。兩者之差需小于40m。當(dāng)沖擊地壓卸壓解危效果不明顯，則應(yīng)進(jìn)一步加大卸壓鉆孔的數(shù)目，參數(shù)同上。（2）高壓注水。在工作面掘進(jìn)期間，位于滯后掘進(jìn)面40m處實(shí)施高壓注水。具體參數(shù)：注水孔徑φ70mm，間隔距離15～20m，孔深取45m，封孔15m，注水壓力15～20MPa，每孔滲流量4m3/h。工作面回采期間，對(duì)4#煤層進(jìn)行中長(zhǎng)孔交互注水，中孔80～100m，長(zhǎng)孔130～150m，注水壓力15～20MPa。（3）煤體卸壓爆破。在工作面掘進(jìn)過程中，針對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域?qū)嵤┟后w爆破卸壓。具體參數(shù)：采用煤電鉆、麻花鉆桿配合φ45mm鉆頭施工煤幫炮眼。炮眼距底板1.5m，孔深20m，間距6m，雙排布置，炮眼平行于底板，但垂直于煤幫。采用反向裝藥封孔，長(zhǎng)度10m，裝藥量3kg。

4 結(jié)語

（1）30114E工作面埋深接近800m～1000m、地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，所采4#煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性特點(diǎn)，工作面巷道沖擊地壓危險(xiǎn)性較大。（2）通過鉆屑量監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)及微震監(jiān)測(cè)等多種監(jiān)測(cè)手段，對(duì)30114E工作面煤巖體應(yīng)力狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為沖擊地壓的預(yù)測(cè)提供有益參考。（3）針對(duì)30114E工作面存在的沖擊地壓危險(xiǎn)問題，通過采用大直徑鉆孔卸壓、高壓注水及煤體卸壓爆破三方位綜合防治措施，達(dá)到避免沖擊地壓危險(xiǎn)發(fā)生的目的。

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作者簡(jiǎn)介：李超（1989-），男，山西大同人，碩士在讀，研究方向：礦山壓力與巖層控制。endprint