胡家河煤礦創(chuàng)新沖擊地壓防治管理“三步走”措施

田曉兵 焦 彪

（陜西彬長(zhǎng)胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽(yáng) 713600）

1 胡家河煤礦沖擊地壓概況

胡家河煤礦位于彬長(zhǎng)礦區(qū)中北部，地處彬州市、長(zhǎng)武縣交界地帶，屬長(zhǎng)武縣轄區(qū)。礦井4#煤層經(jīng)鑒定具有強(qiáng)沖擊傾向性，評(píng)價(jià)具有強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)性。

胡家河煤礦堅(jiān)持“區(qū)域先行、局部跟進(jìn)、分區(qū)管理、分類防治”的防沖原則，通過(guò)優(yōu)化采掘布局，形成了“一井三區(qū)、一區(qū)一面、分區(qū)開(kāi)采”的“一采一備一掘”、“三區(qū)聯(lián)動(dòng)”的采掘生產(chǎn)布局，從工作面設(shè)計(jì)源頭上解決了多個(gè)不利于防沖的因素。同時(shí)采取大孔徑鉆孔、卸壓爆破、煤層注水等措施，改變采場(chǎng)及巷道周圍煤巖體的物理力學(xué)性能，減弱積聚彈性能的能力和彈性能釋放的速度。

礦井采用微震法、地音法、礦壓觀測(cè)法、應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)法、CT 反演法等沖擊地壓監(jiān)測(cè)手段，建立了區(qū)域與局部相結(jié)合的監(jiān)測(cè)體系，采用微震監(jiān)測(cè)法、多參量綜合預(yù)警指標(biāo)法進(jìn)行效果檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)分區(qū)預(yù)警管理。

礦井在采取“多參量時(shí)空監(jiān)測(cè)預(yù)警”和“大孔徑鉆孔+爆破卸壓+煤層注水”雙輪驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè)防治體系的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新出采掘工作面沖擊地壓防治“三步走”措施。

2 胡家河煤礦沖擊地壓防治管理“三步走”措施

2.1 回采工作面“三步走”措施

2.1.1 “多元化、大數(shù)據(jù)”預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及評(píng)價(jià)

（1）采用微震法、地音法、應(yīng)力監(jiān)測(cè)法等“區(qū)域+局部”、“動(dòng)載+靜載”的“多元化”監(jiān)測(cè)手段對(duì)工作面沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

（2）以“大數(shù)據(jù)”條件下的多參量綜合預(yù)警方法為基礎(chǔ)，構(gòu)建多參量時(shí)空監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，總結(jié)“12345”監(jiān)測(cè)預(yù)警思路（“1 個(gè)中心”即以沖擊地壓存在的前兆信息根源為中心；“2 類設(shè)備”即布置區(qū)域和局部2 類監(jiān)測(cè)設(shè)備；“3 種形式”即以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、煤巖體移近變化量、鉆孔施工延米應(yīng)力變化為形式；“4 種變化”即內(nèi)因變化、外因變化、震源機(jī)制變化和損傷與能量釋放的周期變化；“5個(gè)指標(biāo)”即活動(dòng)性多維指標(biāo)、沖擊變形能指標(biāo)、時(shí)空強(qiáng)多維信息指標(biāo)、地音預(yù)警指標(biāo)和支架礦壓預(yù)警指標(biāo)）。

（3）“可視化”分級(jí)分區(qū)預(yù)警管理，從沖擊地壓預(yù)警云圖得出周期來(lái)壓位置、步距等，從沖擊變形能空間預(yù)警云圖得出危險(xiǎn)等級(jí)、范圍等信息，指導(dǎo)防沖措施的落實(shí)。

2.1.2 “三卸、一注、一減”防沖解危程序

（1）“三卸”：頂板、幫部及底板卸壓。

① 頂板預(yù)裂爆破

在頂板距離幫部1.5 m 處開(kāi)口，孔深45 m，孔徑75 mm，傾角75°，裝藥量40 kg，裝藥長(zhǎng)度14.5 m，封孔長(zhǎng)度30.5 m，超前工作面200 m 施工，使用串聯(lián)連線正向裝藥，采用“導(dǎo)爆索+雷管+起爆器”連接起爆，躲炮距離不小于300 m，躲炮時(shí)間不少于半小時(shí)。頂板預(yù)裂爆破孔示意圖如圖1 所示。

圖1 頂板預(yù)裂爆破孔示意圖

② 幫部大孔徑鉆孔

幫部卸壓孔垂直巷幫超前工作面200 m 施工，開(kāi)孔高度距底板1.5 m，孔深15 m，孔徑113 mm，傾角0°，封孔長(zhǎng)度3.0 m，孔間距1.4 m。

③ 底板和兩底角大孔徑鉆孔

底板卸壓孔布置在底板中間，底角卸壓孔布置在兩底角處，均超前工作面200 m 施工，孔深10 m，孔徑113 mm，傾角-60°，封孔長(zhǎng)度3.0 m，孔間距1.4 m。

（2）“一注”：高、靜壓結(jié)合注水措施。

煤層注水孔大于等于80 m，根據(jù)煤層高度計(jì)算傾角，孔徑113 mm，孔間距10 m，單孔高壓注水30 h 后改為靜壓注水，超前200 m 施工。通過(guò)高壓水使煤體內(nèi)部產(chǎn)生裂隙，破壞整體性，使煤體脆性減弱，塑性增強(qiáng)，從而改變其物理力學(xué)性質(zhì)，降低沖擊危險(xiǎn)性，達(dá)到降溫、降塵、防滅火的目的。煤層注水孔示意圖如圖2 所示。

圖2 煤層注水孔示意圖

（3）“一減”：減少推進(jìn)度，降低應(yīng)力集中程度，使能量得到緩慢釋放。

2.1.3 “三限、兩減、一加強(qiáng)”安全防護(hù)體系

（1）“三限”即限制、限員和限位。

限制指進(jìn)入沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域穿防沖服、戴防沖帽；限員指嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)檢修期間規(guī)定人數(shù)；限位即物料的捆綁固定和安裝壓風(fēng)供水自救系統(tǒng)。

（2）“兩減”即超前200 m 范圍內(nèi)禁止碼放物料和減少集中作業(yè)。

（3）“一加強(qiáng)”即使用防沖架加強(qiáng)超前支護(hù)。

2.2 掘進(jìn)工作面“三步走”措施

2.2.1 “多元化、大數(shù)據(jù)”預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及評(píng)價(jià)

（1）采用微震法、地音法等“區(qū)域+局部”、“動(dòng)載+靜載”的“多元化”防沖監(jiān)測(cè)手段。

（2）以“大數(shù)據(jù)”條件下的多參量綜合預(yù)警方法為基礎(chǔ)，構(gòu)建多參量時(shí)空監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，總結(jié)“12345”的監(jiān)測(cè)預(yù)警新思路。

（3）“可視化”評(píng)判分級(jí)分區(qū)預(yù)警管理，從沖擊變形能空間預(yù)警云圖得出工作面的危險(xiǎn)等級(jí)、范圍、震動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)等信息，有效指導(dǎo)各項(xiàng)防沖措施的落實(shí)。

2.2.2 “兩卸、一爆、一降低”防沖解危程序

（1）“兩卸”：幫部卸壓、底板卸壓。

① 幫部大孔徑鉆孔

幫部卸壓孔垂直巷幫滯后迎頭不超過(guò)45 m 施工，開(kāi)孔高度距底板1.5 m，孔深15 m，傾角0°，孔徑113 mm，孔間距1.4 m，封孔長(zhǎng)度3.0 m。幫部大孔徑鉆孔示意圖如圖3 所示。

② 底板大孔徑鉆孔

底板卸壓孔布置在巷道底板中間，滯后迎頭不超過(guò)45 m，孔深為10 m，傾角為-60°，孔徑為113 mm，孔間距1.4 m，封孔長(zhǎng)度3.0 m。

圖3 幫部大孔徑鉆孔示意圖

（2）“一爆”：迎頭爆破孔。

在掘進(jìn)工作面迎頭“三花眼”布置鉆孔，孔深10 m，孔徑42 mm，傾角同巷道，孔間距1.2 m，單孔裝藥量3.0 kg，裝藥長(zhǎng)度3.8 m，封孔長(zhǎng)度6.2 m。使用毫秒延期雷管，串聯(lián)正向裝藥，采用“導(dǎo)爆索+雷管+起爆器”起爆，躲炮距離不小于300 m，躲炮時(shí)間不少于半小時(shí)。掘進(jìn)6 m 后繼續(xù)爆破，即始終保證迎頭前方4 m 處于卸壓范圍，采取b、c 布置方式交替施工。迎頭爆破孔示意圖如圖4 所示。

圖4 迎頭爆破孔示意圖

（3）“一降低”：危險(xiǎn)區(qū)域降低掘進(jìn)速度。

在過(guò)斷層、褶曲等區(qū)域時(shí)，執(zhí)行“短掘短支”措施。

2.2.3 “三限、兩減、一加強(qiáng)”安全防護(hù)體系

（1）“三限”即限制、限員和限位。

限制指進(jìn)入沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域穿防沖服、戴防沖帽；限員指嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)檢修期間規(guī)定人數(shù)；限位包括物料的捆綁固定和安裝壓風(fēng)供水自救系統(tǒng)。

（2）“兩減”即減少工作面物料碼放和減少集中作業(yè)。

（3）“一加強(qiáng)”即加強(qiáng)支護(hù)。

采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶+幫部錨索”聯(lián)合主動(dòng)支護(hù)方式，支護(hù)強(qiáng)度高，支護(hù)結(jié)構(gòu)完整，抗沖擊能力強(qiáng)，可以有效降低兩幫收斂和底鼓，減少維修量。

3 實(shí)施“三步走”措施后效果分析

（1）礦井沖擊地壓災(zāi)害治理通過(guò)采取預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防沖解危、安全防護(hù)等一系列措施，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化治理流程，實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)作業(yè)的本質(zhì)安全。

（2）通過(guò)對(duì)各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立監(jiān)測(cè)信息大數(shù)據(jù)庫(kù)，融合各項(xiàng)指標(biāo)，達(dá)到超前預(yù)防的目的。

（3）在采取各類沖擊地壓卸壓解危措施的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“分級(jí)防治”，其與監(jiān)測(cè)預(yù)警相互呼應(yīng)，即在確定沖擊地壓危險(xiǎn)程度后，實(shí)施既定措施，執(zhí)行后再通過(guò)效果檢驗(yàn)進(jìn)行評(píng)判，確定將沖擊地壓危險(xiǎn)性降至可控范圍，達(dá)到超前治理災(zāi)害的目的。

4 結(jié)論

（1）2013—2014 年是胡家河煤礦破壞性沖擊地壓發(fā)生最為頻繁的時(shí)期，經(jīng)過(guò)創(chuàng)新“三步走”措施后，沖擊顯現(xiàn)次數(shù)逐年降低，由2013 年的12 次降低至2019 年的0 次。

（2）巷道受沖擊破壞的數(shù)量和程度逐年減小，由2013 年的488 m 降低至2019 年的0 m，破壞程度也由原來(lái)的嚴(yán)重性垮落、底鼓轉(zhuǎn)變?yōu)轫敯逑鲁梁洼p微底鼓現(xiàn)象。

（3）通過(guò)采取沖擊地壓監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，同時(shí)利用建設(shè)的多參量綜合預(yù)警信息平臺(tái)，對(duì)各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，綜合分析，每日通過(guò)綜合預(yù)警指標(biāo)體系，能夠?qū)ΦV井24 h 內(nèi)的沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)、防、治結(jié)合的良好局面。

（4）礦井各采掘巷道通過(guò)支護(hù)參數(shù)優(yōu)化、支護(hù)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高巷道支護(hù)強(qiáng)度及抗沖擊能力，同時(shí)對(duì)采掘巷道采取鉆孔卸壓、爆破卸壓、煤層注水等卸壓措施，減少?zèng)_擊地壓破壞事件發(fā)生，降低了沖擊危險(xiǎn)性。

（5）從2019 年2 月至現(xiàn)階段，礦井未發(fā)生104J 及以上能級(jí)震動(dòng)事件，采掘工作面均正常生產(chǎn)。

（6）鑒于胡家河礦沖擊地壓防治工作現(xiàn)狀，通過(guò)總結(jié)分析“三步走”措施對(duì)礦井沖擊地壓災(zāi)害防治工作是有效的，但沖擊地壓防治工作應(yīng)在把握共性的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究各礦的個(gè)性問(wèn)題，在遵循基本原則的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同礦井、不同采區(qū)、不同工作面特點(diǎn)，研究制定更加細(xì)致、更加符合實(shí)際的防沖設(shè)計(jì)。