納林河二號礦井31103-1 工作面高度應(yīng)力集中區(qū)鉆孔卸壓實踐

丁 峰 狄正寶

（1.山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600；2.烏審旗蒙大礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017307）

納林河二號礦井31103-1 殘采塊段位于北五采區(qū)行人下山右翼，其塊段二運輸巷靠近101 采區(qū)，軌道巷靠近31103-1 采空區(qū)，切眼在H=3.5 m 正斷層處，塊段一軌道巷靠近H=2 m 正斷層，切眼靠近31103-1 采空區(qū)。31103-1 殘采塊段前期屬于孤島工作面開采，后期屬于沿空開采。根據(jù)相鄰礦井類似工作面回采經(jīng)驗，31103-1 殘采塊段回采過程中面臨沖擊地壓威脅。沖擊危險區(qū)分為靜態(tài)危險區(qū)和動態(tài)危險區(qū)。

靜態(tài)危險區(qū)是指通過沖擊危險性評價獲得的危險區(qū)，是一種潛在的危險區(qū)。動態(tài)危險區(qū)是指通過監(jiān)測獲得的危險區(qū)，是一種已經(jīng)顯現(xiàn)的危險區(qū)。靜態(tài)危險區(qū)處理思路：在受工作面采動影響之前，對危險區(qū)進行預(yù)卸壓處理，通過改變煤體物理性質(zhì)，降低沖擊傾向指標(biāo)，從而達到消除沖擊危險的目的，其特點是預(yù)卸壓。動態(tài)危險區(qū)處理思路：在顯現(xiàn)危險信息后，對危險區(qū)進行解危處理，通過改變煤體的物理性質(zhì)促使應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而達到解除沖擊危險的目的，其特點是解危。針對納林河二號礦井31103-1殘采塊段回采過程中面臨沖擊地壓威脅，采用“淺孔～深孔”交替施工方法，從而實現(xiàn)卸壓解危的目的。

1 工作面概況

納林河二號礦井31103-1 殘采塊段二左側(cè)為31102 采空區(qū)，中間煤柱寬度為3.5 m，右側(cè)為31103-1 采空區(qū)，中間煤柱寬度為3.5 m；塊段一左側(cè)為31102 工作面停采線外側(cè)的三角煤柱，寬度為15～75 m，右側(cè)為31104-1 采空區(qū)，中間煤柱寬度19.5 m，南側(cè)為31103-1 采空區(qū)，中間煤柱寬度6 m，北側(cè)為北五采區(qū)下山。

根據(jù)礦井地質(zhì)條件分類評定，3 號煤層頂?shù)装鍡l件均為Ⅱ類。基本頂為中、細(xì)砂巖，厚66～100 m，平均80 m，灰白色，堅硬，鈣質(zhì)膠結(jié)，具斜層理，f=8～12；直接頂為粉砂質(zhì)泥巖，厚0.1～4.0 m，平均2.0 m，厚層狀，深灰色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，f=3～4；直接底為粉砂質(zhì)泥巖，厚2.5～3.8 m，平均3.0 m，深灰色，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，煤層底板有0.2 m 的碳質(zhì)泥巖，f=3～4；基本底為細(xì)砂巖，厚20～35 m，平均25 m，淺灰色，質(zhì)純，致密，具水平層理，f=6～8。工作面整體呈一單斜構(gòu)造，外段以斷裂和褶皺構(gòu)造為主，整體為一單斜構(gòu)造形態(tài)，周圍分布的斷層見表1。

表1 斷層情況表

2 沖擊地壓危險性評價分析

納林河二號礦井31103-1 工作面的面積約為34 394 m2，平均采深為514 m。受埋深、鄰近采空區(qū)影響，推采過程中，工作面煤體局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，可能滿足沖擊地壓發(fā)生的力學(xué)條件，加之煤層、頂板具有弱沖擊傾向，工作面回采過程中可能發(fā)生沖擊地壓。因此，采用實用簡單的綜合指數(shù)法來對31103-1 工作面沖擊地壓危險性進行評價。

（1）31103-1 工作面塊段二靠近采空區(qū)，切眼中間存在3 m 斷層，工作面煤體上的垂直應(yīng)力較大，沖擊地壓危險指數(shù)為0.85，具有中等沖擊危險性（偏強）。

（2）31103-1 工作面塊段一右側(cè)為采空區(qū)，左側(cè)為實體煤柱，受區(qū)段煤柱及三角煤柱影響，沖擊地壓危險指數(shù)為0.81，具有中等沖擊危險性（偏強）。

綜上所述，31103-1 工作面兩順槽都屬于防沖的重點區(qū)域，必須采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施來進行沖擊地壓的安全防范。

3 應(yīng)力環(huán)境分析

31103-1 工作面塊段二屬沿空開采，周圍31103-1 采空區(qū)、31102 采空區(qū)的側(cè)支承壓力都作用于該塊段上，將導(dǎo)致該區(qū)域垂直應(yīng)力異常。假設(shè)受兩側(cè)支承壓力作用，應(yīng)力集中系數(shù)取3，則該塊段煤體垂直應(yīng)力將達到38.5 MPa，大于沖擊地壓發(fā)生的臨界應(yīng)力條件24 MPa。實測垂直應(yīng)力 37.1 MPa，因此，該塊段掘進和回采過程中發(fā)生沖擊地壓的可能性很大。

31103-1工作面塊段一屬兩側(cè)沿空的孤島塊段，周圍31102 采空區(qū)、31104 采空區(qū)的側(cè)支承壓力都作用于該塊段上，導(dǎo)致該區(qū)域應(yīng)力異常。假設(shè)受兩側(cè)支承壓力作用，應(yīng)力集中系數(shù)取3，則該塊段煤體的垂直應(yīng)力將達到38.5 MPa，也遠大于沖擊地壓發(fā)生的臨界應(yīng)力條件24 MPa。實測垂直應(yīng)力達到36.2 MPa，因此，該塊段掘進和回采過程中發(fā)生沖擊地壓的可能性也很大。

4 “淺孔～深孔”交替施工卸壓鉆孔及效果分析

4.1 “淺孔～深孔”交替施工卸壓鉆孔

根據(jù)卸壓鉆孔施工情況及應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對存在高度應(yīng)力集中區(qū)的地點，組織人員利用ZQC420/10.0 架柱式氣動鉆機從低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)逐步施工卸壓鉆孔。由于應(yīng)力較集中，在施工過程中“煤炮”頻繁，出現(xiàn)了“抱鉆”現(xiàn)象，造成鉆桿丟失，對人身安全造成威脅。為了對高應(yīng)力區(qū)有效地實施卸壓解危，確立了“淺孔～深孔”交替施工方法，即先施工淺孔對高應(yīng)力集中區(qū)進行淺部卸壓，使最外部的集中應(yīng)力得到釋放卸壓，同時緩解分散深部應(yīng)力的集中，使高應(yīng)力區(qū)變成低應(yīng)力區(qū)。淺孔卸壓抽放成套工藝設(shè)備如圖1，淺孔鉆孔布置示意圖如圖2，鉆孔深度為8～18 m，鉆孔直徑為94 mm，開孔方位角167°。

圖1 淺孔卸壓抽放成套工藝設(shè)備

平行鉆孔再施工一個深孔進行再一次的卸壓，最終達到卸壓解危的作用。深孔鉆孔布置示意圖如圖3，鉆孔深度185 m，鉆孔直徑94 mm，開孔方位角167°。

圖2 淺孔鉆孔布置示意圖

圖3 深孔鉆孔布置示意圖

4.2 效果分析

對納林河二號礦井31103-1 殘采塊段區(qū)域進行全面的綜合監(jiān)測，主要包括：（1）每天采用KBD5電磁輻射儀監(jiān)測超前300 m 范圍；（2）使用3 臺KBD7，1 臺位于風(fēng)道超前30 m，1 臺位于風(fēng)道變向點以里10 m，另1 臺位于變向點以外70 m，對同風(fēng)道壓力情況進行24 h 連續(xù)監(jiān)測；（3）采用波蘭SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)對該區(qū)域進行在線不間斷監(jiān)測。

31103-1 工作面塊段二區(qū)域，實測工作面煤體上的垂直應(yīng)力為11.3 MPa，較大，沖擊地壓危險指數(shù)為0.45，沖擊危險性較小。

31103-1 工作面塊段一區(qū)域，實測工作面煤體上的垂直應(yīng)力為13.7 MPa，較大，沖擊地壓危險指數(shù)為0.48，沖擊危險性較小。

采用“淺孔～深孔”交替卸壓施工方法有效地控制和解除了該區(qū)域的沖擊地壓威脅，盡管該區(qū)域內(nèi)有2 次沖擊地壓事故發(fā)生，但是沖擊能量小，影響范圍及破壞程度非常之小，該31103-1 殘采塊段可以正常進行回采。

5 結(jié)論

納林河二號礦井31103-1 工作面切眼和兩巷應(yīng)力比較集中，巷道變形量較大，沖擊危險程度較高。通過采用“淺孔～深孔”交替卸壓施工方法卸壓鉆孔，不斷地打鉆卸壓，降低了工作面和兩巷的應(yīng)力，確保工作面和兩巷保護帶的有效寬度符合規(guī)定，實現(xiàn)了安全推采。