大采高綜采工作面沖擊地壓防治技術(shù)初探

王斯晨

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)公司羊場(chǎng)灣煤礦，寧夏 寧東750410）

1 羊場(chǎng)灣煤礦沖擊地壓發(fā)生的特點(diǎn)和規(guī)律

1.1 沖擊地壓情況

沖擊地壓是煤礦開采過(guò)程中典型的動(dòng)力災(zāi)害之一，其沖擊強(qiáng)度和危險(xiǎn)性隨著礦井開采深度不斷增加而逐漸增強(qiáng)[1]。其發(fā)生原因極其復(fù)雜，影響因素眾多。羊場(chǎng)灣煤礦首次發(fā)生明顯的沖擊現(xiàn)象是在2018年2月11日，13 采區(qū)130204 綜采工作面，該工作面已推進(jìn)640m，平均采深560m。沖擊地壓造成回風(fēng)巷自工作面向巷口300m 范圍底鼓達(dá)1.7m。在此面回采過(guò)程中，又多次出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象，給工作人員的作業(yè)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅[2]。

2019年4月19日，羊場(chǎng)灣煤礦綜采三隊(duì)回采該煤層下延6 面，即130206 綜采工作面，此時(shí)該工作面地面標(biāo)高+1423.88m，上巷標(biāo)高+860.58m，下巷標(biāo)高+814.55m。上巷自工作面向巷口方向發(fā)生沖擊地壓，導(dǎo)致巷道自工作面向外300m范圍內(nèi)底鼓1.2m，頂板下沉0.6m，兩幫幫鼓嚴(yán)重，巷道剩余高度不足2m；此后回采過(guò)程中又發(fā)生兩次沖擊地壓，導(dǎo)致巷道幫鼓加劇，頂板下沉量最大達(dá)1.2m，底鼓最大達(dá)1.8m，巷道高度不足0.8m，寬度不足2m。工作面正常通風(fēng)受到嚴(yán)重影響。

1.2 沖擊地壓發(fā)生的特點(diǎn)和規(guī)律

開采深度分析：13 采區(qū)2 煤平均厚8m，平均埋深664m，煤層傾角10～25°，隨著采深增加，13 采區(qū)03、04、05、06 工作面都發(fā)生了沖擊地壓，沖擊強(qiáng)度逐漸增加。

煤巖性質(zhì)分析：2 煤為條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，偽頂巖性為炭質(zhì)泥巖，直接頂巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖，老頂為粗砂巖、粉砂巖，直接底為粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，裂隙較發(fā)育。2 煤的煤質(zhì)較硬，單軸抗壓強(qiáng)度19.2MPa，彈性模量1.76GPa；老頂（粗砂巖）單軸抗壓強(qiáng)度24.45MPa，彈性模量4.09GPa；直接頂（粉砂巖）單軸抗壓強(qiáng)度66.5MPa。

2 支承壓力分布規(guī)律

長(zhǎng)壁工作面正常開采前后方的應(yīng)力分布如圖1所示，煤壁前方一定距離處支承壓力達(dá)到峰值，向煤層深處支承壓力逐漸趨于原巖應(yīng)力，煤壁后方采空區(qū)應(yīng)力逐漸增大至原巖應(yīng)力。煤壁前方支承壓力最大值σmax與原巖應(yīng)力σ0比值k為應(yīng)力集中系數(shù)，反映超前支承壓力集中程度。

圖1 長(zhǎng)壁面回采支承壓力分布情況

羊場(chǎng)灣煤礦13 采區(qū)二煤工作面超前支承壓力分布情況與寧東礦區(qū)回采二煤煤礦的分布情況類似。130206工作面在距開切眼310m、312m、316m 觀測(cè)斷面安裝柔性探測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)工作面前方支承壓力變化與工作面推進(jìn)距離關(guān)系（如圖2，3，4）。

圖2 310m 位置柔性探測(cè)單元受力曲線圖

圖3 312m 位置柔性探測(cè)單元受力曲線圖

圖4 316m 位置柔性探測(cè)單元受力曲線圖

距工作面60～80m，支承壓力開始逐漸增大，直至到達(dá)峰值后降低，工作面支承壓力曲線呈不規(guī)則拋物線形狀，峰值左側(cè)煤體處于彈性壓縮狀態(tài)，峰值右側(cè)煤體處于塑性壓縮狀態(tài)，應(yīng)力集中系數(shù)K為2.5～3。塑性區(qū)域煤體已壓酥破壞，礦山壓力顯現(xiàn)較大。工程現(xiàn)場(chǎng)中該區(qū)域巷道變形較劇烈，與支承壓力分布特征相互吻合。

支承壓力影響范圍在60～80m，其中，塑性區(qū)范圍在20～30m，塑性區(qū)煤體已壓酥破壞，為工作面煤體的沖擊彈射充當(dāng)保護(hù)帶，發(fā)生沖擊破壞的可能性很小，工程現(xiàn)場(chǎng)中，工作面煤體一直未發(fā)生沖擊彈射，符合推斷結(jié)果。

工作面前方30～60m 內(nèi)煤體處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，煤體內(nèi)存在較大壓縮彈性能，對(duì)底板有較大壓縮作用，有可能會(huì)導(dǎo)致底板巖體屈曲破壞，工程現(xiàn)場(chǎng)中該區(qū)域震動(dòng)頻率高、巷道頂?shù)装迤茐某潭葒?yán)重。

3 沖擊地壓綜合治理措施

13 采區(qū)二煤中幾個(gè)工作面沖擊地壓的特點(diǎn)說(shuō)明該礦沖擊地壓屬煤體壓縮沖擊型，綜合治理措施如下。

①?gòu)?qiáng)化超前支護(hù)：工作面超前支護(hù)分為三部分：第一部分為工作面前方60m 范圍，采用3.5mπ 型鋼梁和3.8m 懸浮式單體支柱形成的“一梁四柱”長(zhǎng)鋼棚與2.5mπ 型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁二柱”短鋼棚聯(lián)合支護(hù)，長(zhǎng)鋼棚與短鋼棚排距為0.5m；第二部分為工作面前方60～80m，采用3.5mπ 型鋼梁和3.8m 懸浮式單體支柱形成的“一梁三柱”鋼棚支護(hù)；第三部分為工作面前方80～100m，采用3.5mπ 型鋼梁和3.8m 懸浮式單體支柱形成的“一梁二柱”鋼棚支護(hù)。在超前支護(hù)范圍內(nèi)的所有單體支柱都需要穿鐵柱鞋，防止支柱鉆底，保證支柱支撐有力。

②修復(fù)損壞巷道：超前內(nèi)風(fēng)巷下幫鋪設(shè)一部40T 刮板輸送機(jī)，使用一臺(tái)巷道修復(fù)機(jī)和鋪設(shè)的刮板輸送機(jī)配合對(duì)巷道底鼓范圍對(duì)地坪進(jìn)行破除和起底，以保證巷道斷面符合回風(fēng)要求。

③對(duì)風(fēng)巷頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破卸壓：自切眼向外300m 至措施巷范圍實(shí)施頂板預(yù)裂爆破。預(yù)裂爆破分別針對(duì)工作面頂板及相鄰采空區(qū)懸露頂板。工作面?zhèn)软敯孱A(yù)裂爆破：每隔20m 布置一鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工3個(gè)孔，孔徑79mm，孔深25m，孔口距巷幫1m，爆破后及時(shí)對(duì)鉆孔孔口進(jìn)行封堵。三個(gè)鉆孔垂直于巷道走向，仰角分別為40°、55°、75°。各孔裝藥均為24kg（凈重），封孔長(zhǎng)度均不小于10m。三個(gè)孔采取一次裝藥、一次起爆方式進(jìn)行爆破。煤柱側(cè)懸露頂板預(yù)裂爆破：每隔10m 布置1個(gè)孔，孔徑為79mm，孔深為25m，孔口距巷幫1m，爆破后及時(shí)對(duì)鉆孔孔口進(jìn)行封堵。鉆孔垂直于巷道走向，仰角為75°。每鉆孔裝藥為24kg（凈重），封孔長(zhǎng)度不小于7m。采取一次裝藥、一次起爆方式進(jìn)行爆破。工作面回采期間，頂板預(yù)裂爆破超前煤壁300m 進(jìn)行。

④對(duì)風(fēng)巷煤幫施工大直徑鉆孔卸壓：在工作面巷道兩幫布置鉆孔，鉆孔直徑133mm，孔間距2m（每?jī)膳佩^桿間施工一個(gè)孔），孔深20m，距巷道底板1.5m。鉆孔垂直煤壁，平行于煤層方向。

⑤進(jìn)行礦山壓力觀測(cè)，以便及時(shí)了解礦壓變化情況。同時(shí)，通過(guò)運(yùn)用鉆屑法評(píng)估巷道沖擊危險(xiǎn)性。

4 結(jié)論

羊場(chǎng)灣煤礦13 采區(qū)二煤的沖擊地壓大都發(fā)生在上巷超前支承壓力集中區(qū)，屬于煤體壓縮沖擊類型。通過(guò)應(yīng)用加強(qiáng)支護(hù)、巷道修復(fù)、頂板預(yù)裂爆破、幫部大直徑鉆孔卸壓等方式，杜絕了沖擊地壓的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。