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

（陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713600）

1 胡家河煤礦沖擊地壓概況

胡家河煤礦位于彬長礦區(qū)中北部，地處彬州市、長武縣交界地帶，屬長武縣轄區(qū)。礦井4#煤層經(jīng)鑒定具有強沖擊傾向性，評價具有強沖擊危險性。

胡家河煤礦堅持“區(qū)域先行、局部跟進、分區(qū)管理、分類防治”的防沖原則，通過優(yōu)化采掘布局，形成了“一井三區(qū)、一區(qū)一面、分區(qū)開采”的“一采一備一掘”、“三區(qū)聯(lián)動”的采掘生產(chǎn)布局，從工作面設計源頭上解決了多個不利于防沖的因素。同時采取大孔徑鉆孔、卸壓爆破、煤層注水等措施，改變采場及巷道周圍煤巖體的物理力學性能，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、礦壓觀測法、應力在線監(jiān)測法、CT 反演法等沖擊地壓監(jiān)測手段，建立了區(qū)域與局部相結合的監(jiān)測體系，采用微震監(jiān)測法、多參量綜合預警指標法進行效果檢驗，實現(xiàn)分級分區(qū)預警管理。

礦井在采取“多參量時空監(jiān)測預警”和“大孔徑鉆孔+爆破卸壓+煤層注水”雙輪驅動監(jiān)測防治體系的基礎上，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)”預測預報及評價

（1）采用微震法、地音法、應力監(jiān)測法等“區(qū)域+局部”、“動載+靜載”的“多元化”監(jiān)測手段對工作面沖擊危險性進行預測預報。

（2）以“大數(shù)據(jù)”條件下的多參量綜合預警方法為基礎，構建多參量時空監(jiān)測預警平臺，總結“12345”監(jiān)測預警思路（“1 個中心”即以沖擊地壓存在的前兆信息根源為中心；“2 類設備”即布置區(qū)域和局部2 類監(jiān)測設備；“3 種形式”即以監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、煤巖體移近變化量、鉆孔施工延米應力變化為形式；“4 種變化”即內因變化、外因變化、震源機制變化和損傷與能量釋放的周期變化；“5個指標”即活動性多維指標、沖擊變形能指標、時空強多維信息指標、地音預警指標和支架礦壓預警指標）。

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

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 頂板預裂爆破

在頂板距離幫部1.5 m 處開口，孔深45 m，孔徑75 mm，傾角75°，裝藥量40 kg，裝藥長度14.5 m，封孔長度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“導爆索+雷管+起爆器”連接起爆，躲炮距離不小于300 m，躲炮時間不少于半小時。頂板預裂爆破孔示意圖如圖1 所示。

圖1 頂板預裂爆破孔示意圖

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，開孔高度距底板1.5 m，孔深15 m，孔徑113 mm，傾角0°，封孔長度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°，封孔長度3.0 m，孔間距1.4 m。

（2）“一注”：高、靜壓結合注水措施。

煤層注水孔大于等于80 m，根據(jù)煤層高度計算傾角，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。通過高壓水使煤體內部產(chǎn)生裂隙，破壞整體性，使煤體脆性減弱，塑性增強，從而改變其物理力學性質，降低沖擊危險性，達到降溫、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”：減少推進度，降低應力集中程度，使能量得到緩慢釋放。

2.1.3 “三限、兩減、一加強”安全防護體系

（1）“三限”即限制、限員和限位。

限制指進入沖擊地壓危險區(qū)域穿防沖服、戴防沖帽；限員指嚴格執(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供水自救系統(tǒng)。

（2）“兩減”即超前200 m 范圍內禁止碼放物料和減少集中作業(yè)。

（3）“一加強”即使用防沖架加強超前支護。

2.2 掘進工作面“三步走”措施

2.2.1 “多元化、大數(shù)據(jù)”預測預報及評價

（1）采用微震法、地音法等“區(qū)域+局部”、“動載+靜載”的“多元化”防沖監(jiān)測手段。

（2）以“大數(shù)據(jù)”條件下的多參量綜合預警方法為基礎，構建多參量時空監(jiān)測預警平臺，總結“12345”的監(jiān)測預警新思路。

（3）“可視化”評判分級分區(qū)預警管理，從沖擊變形能空間預警云圖得出工作面的危險等級、范圍、震動發(fā)展趨勢等信息，有效指導各項防沖措施的落實。

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45 m 施工，開孔高度距底板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，裝藥長度3.8 m，封孔長度6.2 m。使用毫秒延期雷管，串聯(lián)正向裝藥，采用“導爆索+雷管+起爆器”起爆，躲炮距離不小于300 m，躲炮時間不少于半小時。掘進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”：危險區(qū)域降低掘進速度。

在過斷層、褶曲等區(qū)域時，執(zhí)行“短掘短支”措施。

2.2.3 “三限、兩減、一加強”安全防護體系

（1）“三限”即限制、限員和限位。

限制指進入沖擊地壓危險區(qū)域穿防沖服、戴防沖帽；限員指嚴格執(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”即加強支護。

采用“錨網(wǎng)索+W 鋼帶+幫部錨索”聯(lián)合主動支護方式，支護強度高，支護結構完整，抗沖擊能力強，可以有效降低兩幫收斂和底鼓，減少維修量。

3 實施“三步走”措施后效果分析

（1）礦井沖擊地壓災害治理通過采取預測預報、防沖解危、安全防護等一系列措施，實現(xiàn)針對性較強的標準化治理流程，實現(xiàn)了礦井生產(chǎn)作業(yè)的本質安全。

（2）通過對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，建立監(jiān)測信息大數(shù)據(jù)庫，融合各項指標，達到超前預防的目的。

（3）在采取各類沖擊地壓卸壓解危措施的基礎上，實現(xiàn)“分級防治”，其與監(jiān)測預警相互呼應，即在確定沖擊地壓危險程度后，實施既定措施，執(zhí)行后再通過效果檢驗進行評判，確定將沖擊地壓危險性降至可控范圍，達到超前治理災害的目的。

4 結論

（1）2013—2014 年是胡家河煤礦破壞性沖擊地壓發(fā)生最為頻繁的時期，經(jīng)過創(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，破壞程度也由原來的嚴重性垮落、底鼓轉變?yōu)轫敯逑鲁梁洼p微底鼓現(xiàn)象。

（3）通過采取沖擊地壓監(jiān)測、預測預報工作，同時利用建設的多參量綜合預警信息平臺，對各監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行歸一化處理，綜合分析，每日通過綜合預警指標體系，能夠對礦井24 h 內的沖擊危險性進行預測預報，實現(xiàn)了預、防、治結合的良好局面。

（4）礦井各采掘巷道通過支護參數(shù)優(yōu)化、支護結構調整，提高巷道支護強度及抗沖擊能力，同時對采掘巷道采取鉆孔卸壓、爆破卸壓、煤層注水等卸壓措施，減少沖擊地壓破壞事件發(fā)生，降低了沖擊危險性。

（5）從2019 年2 月至現(xiàn)階段，礦井未發(fā)生104J 及以上能級震動事件，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，通過總結分析“三步走”措施對礦井沖擊地壓災害防治工作是有效的，但沖擊地壓防治工作應在把握共性的基礎上，重點研究各礦的個性問題，在遵循基本原則的基礎上，針對不同礦井、不同采區(qū)、不同工作面特點，研究制定更加細致、更加符合實際的防沖設計。