高莊煤礦3上1106 回采工作面沖擊地壓綜合防治

崔高強(qiáng) 王 宇 杜文虎

（山東能源棗礦集團(tuán)高莊煤業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 277600）

1 工程概況

山東能源棗礦集團(tuán)高莊煤業(yè)公司3上1106 回采工作面為不規(guī)則布置，東部為西十一采區(qū)四條下山，西部為高莊礦與徐莊礦井田邊界煤柱，南部為3上1104工作面采空區(qū)，北部為尚未開采的3上1110 工作面。煤巖層產(chǎn)狀穩(wěn)定，煤巖層傾角最小7°，最大23°，平均16°左右。煤層厚度最小4.8 m，最大6.0 m，平均5.4 m，局部有一層夾矸，厚度0.3～1.0 m。煤質(zhì)為氣煤。

2 沖擊危險(xiǎn)性分析

2.1 3上1106 回采工作面沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)

根據(jù)《3上1106回采工作面沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)報(bào)告》結(jié)論：3上1106 回采工作面具有中等沖擊危險(xiǎn)性。該工作面共劃分沖擊危險(xiǎn)區(qū)域14 個(gè)，其中弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)4 個(gè)，中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)10 個(gè)，強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)0 個(gè)。

2.2 誘發(fā)因素

（1）上覆巖層中存在特厚堅(jiān)硬巖層。上覆礫巖平均厚度達(dá)到165 m 左右，距離3上煤層的平均高度大約230 m，礫巖底部距離地表約440 m。厚堅(jiān)硬巖層易形成懸頂，聚積大量彈性能，進(jìn)而突然釋放大量彈性能導(dǎo)致工作面大面積來壓，甚至誘發(fā)沖擊災(zāi)害。

（2）采深較大。3上1106 回采工作面平均采深約535 m，同時(shí)，受到采空區(qū)的影響，應(yīng)力集中程度較大，且分布不均。就開采深度而言，3上1106回采工作面開采深度超過500 m，已經(jīng)超過了沖擊地壓發(fā)生的臨界深度條件。

（3）存在采空區(qū)。3上1106 材料巷緊鄰3上1104 采空區(qū)，該采空區(qū)高位巖層懸露部分的部分重量將轉(zhuǎn)移至3上1106 回采工作面煤體上，將造成3上1106 回采工作面回采沖擊危險(xiǎn)性顯著增大。

（4）斷層。3上1106 回采工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡單，預(yù)計(jì)揭露2 條斷層。其中FN1 斷層落差5～16 m，平行于工作面材料巷分布，距巷道距離較近，材料巷部分位置穿過斷層，此斷層對工作面影響較大；F73 為已揭露斷層，位于3上1106 回采工作面運(yùn)輸巷開口處，落差0～3 m，對工作面安全回采影響較小。

（5）采掘相互影響。西十一采區(qū)3上1106 回采工作面回采和1110 工作面掘進(jìn)可能存在相互影響，如果工作面回采與掘進(jìn)空間距離小于350 m，回采和掘進(jìn)彼此產(chǎn)生很大影響，此時(shí)礦壓顯現(xiàn)，導(dǎo)致沖擊地壓發(fā)生幾率急劇增加。

（6）工作面形狀不規(guī)則。3上1106 回采工作面材料巷側(cè)，受斷層等構(gòu)造影響，材料巷沿?cái)鄬幼呦虿贾?，工作面形狀不?guī)則，在平面圖的尖角區(qū)域容易形成應(yīng)力集中，沖擊地壓危險(xiǎn)性增加。

3 沖擊地壓危險(xiǎn)監(jiān)測預(yù)警

3.1 礦壓觀測

通過頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)、巷道圍巖變形量等常規(guī)礦壓觀測，分析頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)預(yù)測預(yù)報(bào)。

（1）按照規(guī)定，煤巷、半煤巖巷每50 m 設(shè)置一處頂板離層儀，當(dāng)頂板離層數(shù)據(jù)超過60 mm，要及時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。

（2）每100 m 設(shè)置一處圍巖變形觀測站，在斷層構(gòu)造等特殊區(qū)域增設(shè)觀測站，對巷道變形情況進(jìn)行日常觀測記錄。當(dāng)巷道圍巖變形達(dá)到500 mm，必須采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。

3.2 應(yīng)力在線監(jiān)測

回采前在該工作面兩順槽安設(shè)KJ21 應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)，診斷和預(yù)報(bào)發(fā)生沖擊地壓應(yīng)力變化情況，以便及時(shí)確定危險(xiǎn)程度。

（1）安裝方案。根據(jù)3上1106 回采工作面的布置特點(diǎn)及構(gòu)造特征，壓力傳感器在兩順槽回采工作面?zhèn)葐蚊鎯?nèi)布置。自工作面前方30 m 開始安裝，每25～30 m 一組，隨采隨移，并視危險(xiǎn)程度的增加或減小進(jìn)行微調(diào)。每組兩個(gè)，埋設(shè)深度分別為7 m、14 m，每組兩個(gè)測點(diǎn)間距1.5～2 m。

（2）鉆孔施工參數(shù)。鉆孔直徑：42～45 mm；鉆孔深度：淺孔7 m，深孔14 m；鉆孔傾角平行于煤層；鉆孔高度：底板上1～1.5 m。

（3）預(yù)警指標(biāo)。如表1 所示。

當(dāng)應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)一組出現(xiàn)黃色危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，應(yīng)按照中度危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行管理；當(dāng)多組出現(xiàn)黃色危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，必須停產(chǎn)，卸壓并檢驗(yàn)合格后，方可繼續(xù)生產(chǎn)。

當(dāng)應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)一組出現(xiàn)紅色危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，必須檢驗(yàn)和卸壓；當(dāng)多組出現(xiàn)紅色危險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，必須停產(chǎn)，卸壓并檢驗(yàn)合格后，方可繼續(xù)生產(chǎn)。

表1 應(yīng)力在線監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)

3.3 微震監(jiān)測與預(yù)報(bào)

根據(jù)高煤公司現(xiàn)有裝備，該工作面將安設(shè)SOS微震系統(tǒng)一套，實(shí)現(xiàn)沖擊地壓或礦震的區(qū)域性預(yù)警。

（1）監(jiān)測布點(diǎn)方案：3上1106 回采工作面運(yùn)輸巷布置2 個(gè)監(jiān)測探頭，材料巷布置3 個(gè)監(jiān)測探頭（測點(diǎn)均為底板監(jiān)測點(diǎn)），空間相鄰測點(diǎn)距離為350～500 m（可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），材料巷第一個(gè)測點(diǎn)均布置在距開切眼450 m 處。

（2）預(yù)警指標(biāo)：如表2 所示。

表2 微震監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)

微震監(jiān)測系統(tǒng)沖擊危險(xiǎn)預(yù)警準(zhǔn)則：要做到監(jiān)測預(yù)警及時(shí)、分析科學(xué)準(zhǔn)確，根據(jù)綜合分析結(jié)論和現(xiàn)場監(jiān)測的實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施：

① 在采煤工作面中發(fā)生能量達(dá)到一般沖擊危險(xiǎn)性以上指標(biāo)時(shí)，要及時(shí)根據(jù)預(yù)警，適當(dāng)降低推采速度。

② 在采煤工作面中發(fā)生能量達(dá)到中等沖擊危險(xiǎn)性指標(biāo)時(shí)，要根據(jù)預(yù)警立即進(jìn)行鉆屑法驗(yàn)證，確認(rèn)超標(biāo)時(shí)應(yīng)及時(shí)采取限采措施，待卸壓解危后再組織生產(chǎn)。

3.4 鉆屑法監(jiān)測及預(yù)報(bào)

鉆屑檢驗(yàn)法主要目的是通過不同孔深的鉆屑量來反映工作面回采過程中側(cè)向應(yīng)力影響的范圍和集中程度。結(jié)合高莊煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，回采期間孔深為15 m，實(shí)際操作中可根據(jù)現(xiàn)場危險(xiǎn)程度適當(dāng)調(diào)整。3.4.1 檢驗(yàn)孔施工參數(shù)

檢驗(yàn)孔施工參數(shù)：（1）鉆孔直徑：42～45 mm；（2）鉆孔深度：15 m；（3）鉆孔傾角：平行煤層；（4）檢驗(yàn)孔高度：距離底板1.0～1.2 m。

3.4.2 沖擊危險(xiǎn)指標(biāo)

沖擊危險(xiǎn)指標(biāo)：鉆深1～7 m的煤粉量是2.4 kg/m，鉆深8～15 m 的煤粉量是4.0 kg/m，或者在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)卡鉆、吸鉆、異響、煤炮增多等動(dòng)力現(xiàn)象，則可判定所測地點(diǎn)存在沖擊危險(xiǎn)。

如果檢驗(yàn)煤粉量超過沖擊危險(xiǎn)指標(biāo)，或出現(xiàn)卡鉆、吸鉆、異響等動(dòng)力現(xiàn)象，應(yīng)認(rèn)為煤體處于臨界危險(xiǎn)狀態(tài)，必須立即向調(diào)度室匯報(bào)，停止施工，撤出人員，采取大直徑鉆孔卸壓解危。

4 卸壓解危措施

4.1 卸壓解危處理程序

當(dāng)一種監(jiān)測手段監(jiān)測出有沖擊危險(xiǎn)時(shí)，采用鉆屑法進(jìn)行檢驗(yàn)，如煤粉監(jiān)測值超過預(yù)警值，工作面立即停止生產(chǎn)，撤出所有人員，及時(shí)實(shí)施卸壓解危。用大直徑鉆孔卸壓解危后，及時(shí)利用煤粉監(jiān)測方法對卸壓效果進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)指標(biāo)符合要求后，沖擊危險(xiǎn)消除后，方可進(jìn)行生產(chǎn)。

4.2 卸壓解危方案

4.2.1 靜態(tài)區(qū)域卸壓解危

在工作面回采前，要對沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)報(bào)告中的靜態(tài)危險(xiǎn)區(qū)域根據(jù)危險(xiǎn)程度，組織先期預(yù)卸壓。預(yù)卸壓超前范圍不低于200 m，并嚴(yán)格按照《3上1106 回采工作面沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)》組織實(shí)施。

鉆孔參數(shù)：弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)，孔深不小于20 m，鉆孔直徑Φ110 mm，孔間距3 m，距底板1.2～1.5 m，垂直巷道走向、平行于煤層層面施工；中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)，孔深不小于20 m ，鉆孔直徑為Φ110 mm，孔間距2 m，距底板1.2～1.5 m，垂直巷道走向、平行于煤層層面進(jìn)行施工；強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)，孔深20～25 m，鉆孔直徑為Φ110 mm，孔間距1 m，距底板1.2～1.5 m，垂直巷道走向、平行于煤層層面進(jìn)行施工。

4.2.2 動(dòng)態(tài)區(qū)域卸壓解危

當(dāng)工作面推采過程中監(jiān)測到指標(biāo)具有沖擊危險(xiǎn)時(shí)，同樣采用卸壓孔卸壓。

鉆孔參數(shù)如下：鉆孔直徑為Φ110 mm，深度10 m，鉆孔角度走向垂直煤壁，傾向與煤層傾角一致，使鉆孔始終在煤層內(nèi)，卸壓孔間距為1 m。

施工方式：由低應(yīng)力向高應(yīng)力區(qū)域逐一進(jìn)行卸壓孔施工。

5 沖擊地壓綜合防治分析

沖擊地壓綜合防治措施實(shí)施后，采用微震實(shí)測數(shù)據(jù)分析3上1106 回采工作面開采區(qū)域礦震事件日釋放能量和及日發(fā)生頻次。在2020 年7 月5 日至7月20 日期間，開采區(qū)域礦震釋放總能量約135 kJ，礦震發(fā)生頻次為45 個(gè)，對比沖擊地壓綜合防治措施實(shí)施之前，礦震事件釋放總能量下降、頻次升高，且改變量顯著。這一情況表明，沖擊地壓綜合防治措施有效降低了圍巖應(yīng)力水平，從而降低了3上1106回采工作面開采過程的沖擊地壓危險(xiǎn)性。