沖擊地壓礦井堅硬煤層采煤工作面防治措施研究

王光民+張振濤

摘 要：礦井的開采深度和開采范圍在不斷增加，這導(dǎo)致沖擊低壓現(xiàn)象發(fā)生的頻率不斷上升，沖擊低壓產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，既與煤礦當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件有關(guān)，也與煤質(zhì)條件和開采深度等多種因素有關(guān)，深入研究沖擊低壓發(fā)生的條件和防治措施能夠有效減少沖擊低壓的發(fā)生頻率，減少人員和財產(chǎn)損失。3503工作面是肥城礦業(yè)梁寶寺能源有限責(zé)任公司的一個重要采煤工作面，受其地質(zhì)結(jié)構(gòu)和煤質(zhì)較硬等因素影響，3503工作面是易發(fā)生沖擊地壓的高危工作面，而采用常規(guī)卸壓措施很難達(dá)到卸壓效果，本文針對這種沖擊低壓礦井的堅硬煤層采煤面防治展開研究。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；堅硬煤層；采煤工作面；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.062

我國近年來之所以沖擊地壓災(zāi)害頻繁發(fā)生，一個重要原因就是隨著開采深度的不斷加深和開采面積的不斷加大，礦山內(nèi)部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和應(yīng)力特性都發(fā)生了很大改變，導(dǎo)致地質(zhì)條件發(fā)生很大變化，進(jìn)而引發(fā)了沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生。

1 沖擊地壓簡介及形成原因

沖擊地壓是指礦井在開采過程中突然發(fā)生的一種強(qiáng)烈地質(zhì)變化，礦井巷道周圍的煤層受到礦山壓力的作用突然發(fā)生劇烈形變，大量的能量沖擊而出，導(dǎo)致這種形變非常劇烈和迅速。沖擊地壓最直接的表現(xiàn)就是大量煤和巖石噴涌而出，迅速充滿巷道等空間，噴發(fā)現(xiàn)場如同炸藥爆破一般劇烈。沖擊地壓形成的原因非常復(fù)雜，目前還未能形成統(tǒng)一的研究結(jié)論，但是沖擊地壓產(chǎn)生的主要原因是煤體特性，即礦井內(nèi)煤質(zhì)和巖石的特性及礦井內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和地質(zhì)特性。

2 3503工作面沖擊地壓風(fēng)險簡析

3503工作面位于梁寶寺煤礦，工作面標(biāo)高為-1000米左右，煤層平均厚度達(dá)到5.6米，煤質(zhì)硬度為f=1.8，3503工作面屬于厚煤層堅硬煤質(zhì)工作面。因為3503工作面的開采深度較深，超過了1000米，集中在1030米至1130米之間，煤巖層的沖擊傾向很強(qiáng)，工作面頂板為細(xì)沙巖，巖層機(jī)構(gòu)特點危險性很強(qiáng)，開采過程中的技術(shù)操作和危險防護(hù)都不是很到位，這些因素都使得3503工作面成為了強(qiáng)沖擊危險性的工作面。為了更好地判斷3503工作面危險性，礦井方面根據(jù)實際情況進(jìn)行了沖擊地壓風(fēng)險綜合評價，發(fā)現(xiàn)3503工作面共有高風(fēng)險區(qū)域八個、中風(fēng)險區(qū)域十二個、低風(fēng)險區(qū)域兩個。通過研究發(fā)現(xiàn)，3503整體上發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的風(fēng)險性很高，而且3503工作面的煤質(zhì)很硬，采用常規(guī)防治措施并沒有起到預(yù)想的效果，這也給3503工作面的沖擊地壓災(zāi)害防治帶來了更多的挑戰(zhàn)，深入研究相應(yīng)防治措施是非常有必要的。

3 3503工作面沖擊地壓風(fēng)險防治措施

3.1 工作面掘進(jìn)期間防治措施

掘進(jìn)期間應(yīng)該根據(jù)工作區(qū)域的沖擊地壓風(fēng)險等級采取有效措施進(jìn)行防治，并且要利用檢測系統(tǒng)進(jìn)行實時檢測，盡量降低發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險。

（1）加大卸壓鉆孔直徑。卸壓鉆孔主要是用于減少巖煤體應(yīng)力集中區(qū)域的壓力，通常情況下會選取這些區(qū)域打孔，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時使應(yīng)力向煤體深處轉(zhuǎn)移，從而保護(hù)兩順槽。正常情況下卸壓孔采用直徑110mm的鉆孔，而3503工作面的煤質(zhì)較硬，卸壓孔施工后塌孔效果較差，沒能起到很好的卸壓效果，鑒于此，將卸壓孔直徑增大到了150mm，鉆孔密度也隨之增大。采取措施后，卸壓效果有所好轉(zhuǎn)，現(xiàn)場微震事件較以前有了較明顯的較少，工人反應(yīng)的現(xiàn)場煤炮明顯減少。

（2）設(shè)計的采煤面回采幫施工幫部卸壓炮。卸壓鉆孔屬于常規(guī)沖擊地壓預(yù)防手段，因煤體較硬，雖然通過增加卸壓孔直徑及密度起到了一定的效果，但是通過現(xiàn)場觀察施工的卸壓孔卸壓空間依然沒有完全釋放。我們采用回采幫部施工卸壓孔后隨之施工幫部卸壓炮的措施，通過放炮使堅硬的煤體提前預(yù)裂，降低卸壓孔周圍圍巖的強(qiáng)度，這樣現(xiàn)場出現(xiàn)應(yīng)力集中時卸壓孔及時塌孔卸壓。裝藥要求，孔深10米，孔徑42mm，裝藥3kg。

（3）底煤區(qū)域在底板上布置卸壓孔及卸壓炮眼。留底煤大于一米的巷道我們可以采用底板卸壓孔加底板卸壓炮相結(jié)合的方式進(jìn)行卸壓處理。首先施工底板卸壓孔（兼做爆破自由眼），孔深見巖，孔徑150mm，每排3個，排距1m，隨后施工卸壓炮眼，孔深見巖，孔徑42mm，每排4個，排距1m，與卸壓孔穿插施工，隨后放炮，注水軟化煤層。

3.2 工作面回采期間防治措施

工作面在回采作業(yè)時，同樣非常容易發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害。為了減少沖擊地壓災(zāi)害，應(yīng)該根據(jù)事先劃分風(fēng)險區(qū)域等級采用不同的風(fēng)險監(jiān)控措施，對于高風(fēng)險區(qū)域要加大監(jiān)控力度，并采取及時有效的措施降低沖擊地壓風(fēng)險。

（1）在煤體上打大直徑壓孔。大直徑卸壓孔的直徑150mm，這與掘進(jìn)期間的卸壓孔用處基本相同，主要是為了減少卸壓孔周圍區(qū)域的集中應(yīng)力，起到卸壓的目的，同時使巷道周圍應(yīng)力向煤體深處轉(zhuǎn)移。而在回采作業(yè)中，卸壓孔需要提前實施，避免沖擊地壓風(fēng)險的積聚，并根據(jù)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)及時調(diào)整卸壓力度，直至煤巖體的應(yīng)力集中區(qū)域消失，沖擊地壓風(fēng)險得到降低。而為了保證回采作業(yè)的充分安全，卸壓孔至少要位于工作面前300米以外。

（2）深孔爆破卸壓。深孔爆破卸壓主要在頂板區(qū)域進(jìn)行，通過爆破的能力促使頂板內(nèi)形成定向裂紋，破壞煤巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)減少集中應(yīng)力和沖擊地壓的風(fēng)險。3503工作面頂板處容易積聚彈性能，也是沖擊地壓發(fā)生的高位區(qū)域，要及時進(jìn)行爆破處理。

（3）加強(qiáng)監(jiān)測并選擇合適支護(hù)手段。在回采工作進(jìn)行過程中，要隨時對沖擊地壓進(jìn)行檢測，特別是檢測煤巖體內(nèi)部是否有應(yīng)力聚集，并采用合適手段對回采作業(yè)面進(jìn)行卸壓處理，在卸壓過程中要嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，避免因為卸壓而導(dǎo)致的沖擊地壓，并加強(qiáng)支護(hù)和防護(hù)。

4 結(jié)論

沖擊地壓是我國煤礦中近年來經(jīng)常發(fā)生的一種災(zāi)害，其發(fā)生過程非常突然，沖擊瞬間能量巨大，造成的后果非常嚴(yán)重。3503工作面作為沖擊地壓高風(fēng)險作業(yè)面，發(fā)生沖擊地壓的風(fēng)險很大，應(yīng)該加強(qiáng)掘進(jìn)和回采作業(yè)中的監(jiān)控和防治，及時有效降低沖擊地壓發(fā)生的風(fēng)險。

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