東灘煤礦1310 回采巷道沖擊地壓防治技術(shù)研究

谷君濤

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦 ，山東 鄒城 273500）

0 引 言

東灘煤礦位于兗州煤田東部，核定礦井生產(chǎn)能力750 萬t/a。1310 工作面位于礦井一采區(qū)西部，東翼一采軌道上山以東，F(xiàn)2 斷層以西，北鄰1307 工作面采空區(qū)；東鄰1306、1305、1304 工作面采空區(qū)。1310 運(yùn)順沿京滬鐵路保護(hù)煤柱線布置，軌順與運(yùn)順大致平行，沿F2 斷層西側(cè)布置，正常段軌順與運(yùn)順巷中間距202.8 m，縮面后軌順與運(yùn)順巷中間距153.2 m，1310 工作面切眼沿1306 工作面運(yùn)順布置，切眼北幫與1306 運(yùn)順南幫間距5 m 布置，兩順槽及切眼頂板均沿3上煤與3下煤夾矸上平面（破夾矸）布置。

圖1 1310 工作面布置圖

1310 軌順切眼北側(cè)及軌順東側(cè)采空區(qū)面積大，斷層構(gòu)造發(fā)育顯著，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，煤巖體處于高應(yīng)力環(huán)境。東灘煤礦3 煤層及頂?shù)装鍥_擊傾向性鑒定結(jié)果顯示：3 煤層沖擊傾向性屬于Ⅱ類，具有弱沖擊傾向性，頂、底板巖層沖擊傾向性屬于II 類，具有弱沖擊傾向性。在一定的煤層賦存條件、地質(zhì)條件、開采條件以及大面積采空區(qū)懸頂?shù)葪l件下，有發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性。

1 沖擊地壓危險(xiǎn)因素分析

1310 工作面現(xiàn)面臨復(fù)雜地質(zhì)條件的問題，存在一些沖擊危險(xiǎn)因素：

1）采深。工作面平均采深為580 m，最大采深592 m，達(dá)到了發(fā)生沖擊的臨界深度。

2）煤巖沖擊傾向性。3 煤層具有弱沖擊傾向性，頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性，煤層具備發(fā)生沖擊地壓的沖擊傾向性條件。

3）覆巖結(jié)構(gòu)。工作面老頂組合巖梁厚度大，且老頂基本由中、細(xì)粒砂巖組成；頂板存在堅(jiān)硬巨厚巖層，工作面周邊均為采空區(qū)，并已經(jīng)充分垮落，開采范圍處于相對(duì)孤立的煤體中，頂板來壓、見方時(shí)很有可能誘發(fā)煤炮或小型動(dòng)力現(xiàn)象。

4）地質(zhì)構(gòu)造。1310 工作面斷層構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，工作面布置不規(guī)則，斷層切割產(chǎn)生了煤柱，同時(shí)工作面鄰近大面積采空區(qū)，多種沖擊因素耦合作用，易因采掘擾動(dòng)而引發(fā)沖擊。

5）不規(guī)則工作面。工作面縮面區(qū)域受超前支承應(yīng)力影響，同時(shí)形成不規(guī)則煤柱，沖擊危險(xiǎn)增大。

綜合以上基于“沖擊地壓發(fā)生條件”理論的相關(guān)分析，確定1310 工作面掘進(jìn)期間的沖擊地壓危險(xiǎn)主要是1310 工作面軌順掘進(jìn)及其與相鄰工作面采空區(qū)之間煤柱距離較小地段的巷道。

2 1310 工作面回采巷道掘進(jìn)沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域劃分

2.1 工作面軌順及輔助軌順

1310 工作面軌順南段沿F2 斷層布置，掘進(jìn)預(yù)計(jì)會(huì)揭露DF2 斷層，預(yù)測(cè)這段巷道掘進(jìn)期間具有弱沖擊危險(xiǎn)，長(zhǎng)度共212 m。

1310 工作面軌順北段沿F2 斷層布置，與1305工作面停采線最近處為25.7 m，與1306 工作面停采線最近處為83.2 m。根據(jù)軌順北段的布置情況和所具備的沖擊危險(xiǎn)因素，綜合預(yù)測(cè)這段巷道掘進(jìn)期間具有弱沖擊危險(xiǎn)。

1310 輔助軌道巷與1310 軌順按巷中間距44 m平行布置，預(yù)測(cè)這段巷道掘進(jìn)期間具有弱沖擊危險(xiǎn)。

2.2 工作面運(yùn)順

1310 運(yùn)順掘進(jìn)受1303 工作面采空區(qū)影響區(qū)域，掘進(jìn)期間要通過F2 斷層，這部分長(zhǎng)度93.8 m 預(yù)測(cè)具有弱沖擊危險(xiǎn)。運(yùn)順其余地段為為實(shí)體煤掘進(jìn)，不受采動(dòng)影響，雖然有掘進(jìn)通過斷層的情況，但預(yù)計(jì)斷層落差不大；運(yùn)順掘進(jìn)也有通過老巷的情況，但運(yùn)順埋深約為550 m，埋深不大，所以預(yù)測(cè)運(yùn)順其余地段掘進(jìn)期間按無沖擊危險(xiǎn)管理。

2.3 工作面切眼

1310 工作面切眼沿1306 工作面運(yùn)順布置，切眼北幫與1306 運(yùn)順南幫間距5 m 布置，切眼西段掘進(jìn)要通過 EF87 斷層（H = 5.0 m∠70°）和 EF99 斷層（H=1.6 m∠70°），此部分受采動(dòng)影響較?。磺醒蹡|段掘進(jìn)受1307 工作面采空區(qū)采動(dòng)影響，但沒有地質(zhì)構(gòu)造影響，所以切眼共202.8 m 范圍掘進(jìn)期間預(yù)測(cè)具有弱沖擊危險(xiǎn)。

圖2 1310 工作面回采巷道掘進(jìn)沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域劃分

3 沖擊地壓監(jiān)測(cè)治理措施

沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域在掘進(jìn)生產(chǎn)過程中遵照“監(jiān)測(cè)→解危→效果檢驗(yàn)→再治理”的基本工作程序，及時(shí)消除生產(chǎn)過程中潛在的危險(xiǎn)隱患。

3.1 巷道掘進(jìn)期間沖擊地壓檢測(cè)措施

3.1.1 微震法

利用在一采區(qū)的微震監(jiān)測(cè)測(cè)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定微震事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)及能量。在掘進(jìn)過程中，當(dāng)震動(dòng)頻繁發(fā)生在距掘進(jìn)迎頭半徑100 m 范圍內(nèi)，且震動(dòng)能量大于104 J 時(shí)，必須采用鉆屑法進(jìn)行驗(yàn)證。在迎頭或距離迎頭5 m 幫部施工檢測(cè)鉆孔，若鉆屑法檢測(cè)超標(biāo)，判定為有沖擊地壓危險(xiǎn)，采取卸壓解危措施，直到檢測(cè)指標(biāo)正常。

3.1.2 鉆屑法

根據(jù)對(duì)1310 工作面沖擊地壓危險(xiǎn)的預(yù)測(cè)結(jié)果，在劃定的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行鉆屑法檢測(cè)。根據(jù)沖擊地壓發(fā)生的應(yīng)力分布特點(diǎn)，一般認(rèn)為取煤厚（巷高）的3.5 倍，所以檢測(cè)沖擊危險(xiǎn)時(shí)，鉆孔深度取14 m（順槽凈高為3.7 m）。鉆頭直徑為42 mm，采用煤電鉆或風(fēng)鉆施工，鉆孔距煤層底板大約1.2 m 左右。鉆屑臨界指標(biāo)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤粉量測(cè)定結(jié)果，可參照表1 數(shù)值。

表1 1310 工作面鉆屑法臨界煤粉量指標(biāo)

若鉆屑量超過臨界煤粉量，在鉆孔過程中出現(xiàn)較多的卡鉆，吸鉆及聲響等動(dòng)力效應(yīng)，則判定有沖擊危險(xiǎn)。

3.1.3 應(yīng)力在線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

在1310 軌順掘進(jìn)期間，根據(jù)沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在1310 軌順兩幫安裝KJ743 應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從1310 軌順入口向里每30 m 安裝1 組測(cè)站（若遇斷層幫部為巖層或其他情況影響無法安裝時(shí)，可調(diào)整安裝間距），測(cè)站安裝1 個(gè)14 m和8 m 深度的應(yīng)力計(jì)，實(shí)現(xiàn)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警。

3.1.4 礦壓觀測(cè)法

巷道掘進(jìn)期間，加強(qiáng)動(dòng)力顯現(xiàn)觀測(cè)并建立煤炮動(dòng)力現(xiàn)象觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)煤炮頻繁、壓力突增或出現(xiàn)沖擊氣流等異常動(dòng)力現(xiàn)象時(shí)必須及時(shí)進(jìn)行鉆屑法檢測(cè)并判斷是否有沖擊危險(xiǎn)，如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有沖擊危險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)確定危險(xiǎn)程度及危險(xiǎn)區(qū)域范圍，進(jìn)行解危處理。

3.2 巷道掘進(jìn)期間預(yù)卸壓措施

3.2.1 兩幫預(yù)卸壓

采用ZQSJ-140/4.1 或ZQJC-360/8 氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)施工，配合直徑為150 mm 鉆頭施工預(yù)卸壓鉆孔。預(yù)卸壓鉆孔直徑150 mm，鉆孔深度不低于20 m，2 孔間距不大于4 m（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可適當(dāng)加密鉆孔及增加鉆孔深度）,距迎頭不大于10 m，在巷道兩幫垂直煤壁施工，開孔高度1.2~1.5 m，開孔角度0°~4°。

施工完預(yù)卸壓鉆孔以后，在間距50m 范圍內(nèi)隨機(jī)施工1 個(gè)鉆屑法檢測(cè)孔，當(dāng)煤粉量正常時(shí)方可繼續(xù)施工，若煤粉量異常時(shí)，則施工卸壓解危鉆孔，直至鉆屑法檢測(cè)正常才能進(jìn)行采掘作業(yè)。

3.2.2 底板預(yù)卸壓

巷道掘進(jìn)期間特殊區(qū)段留設(shè)有底煤，且底煤厚度δ≤0.6m 時(shí)，底煤厚度較薄隨底鼓產(chǎn)生裂隙或破斷，變成塑性煤體，不能積聚彈性能。當(dāng)0.6＜δ≤1m 時(shí)，施工大直徑斷底鉆孔處理底煤；當(dāng)δ＞1m時(shí)，施工大直徑斷底鉆孔配合爆破斷底處理底煤（δ代表底煤厚度）。

3.3 巷道掘進(jìn)檢測(cè)出有沖擊危險(xiǎn)時(shí)的治理措施

在檢測(cè)出有沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域，首選采用大直徑鉆孔卸壓方法解除沖擊危險(xiǎn)，若卸壓鉆孔施工不便，也可采用深孔爆破進(jìn)行卸壓解危。然后進(jìn)行解危效果驗(yàn)證，如果監(jiān)測(cè)有危險(xiǎn)，則需繼續(xù)采取卸壓措施，直到解除沖擊危險(xiǎn)。

3.3.1 大直徑鉆孔卸壓

圖3 工作面巷幫大直徑鉆孔布置圖

采取大直徑鉆孔卸壓方式，鉆孔參數(shù)按有關(guān)規(guī)定，鉆孔直徑不小于110 mm，鉆孔間距不大于2 m，與巷幫垂直施工，鉆孔深度取16 m。鉆孔采用單排布置，距巷道底板距離1.2 m 左右。視鉆孔施工后的檢測(cè)效果，若檢測(cè)仍有沖擊危險(xiǎn)，可采取加密鉆孔的辦法，或者在距頂板巷道高度1/3 處與下排鉆孔交錯(cuò)再施工1 排卸壓鉆孔。

3.3.2 深孔爆破卸壓

爆破孔間距小于3.0 m，爆破卸壓孔直徑42 mm，鉆孔深度取12 m，距底板1.2 m 左右，與巷幫垂直施工。每孔裝藥長(zhǎng)度為7 m，封孔長(zhǎng)度為5 m，孔內(nèi)均勻布置3～5 個(gè)并聯(lián)的雷管，其余部分用炮泥添滿添實(shí)。炸藥可選用礦許用炸藥，一次起爆炮眼個(gè)數(shù)為1 個(gè)。

圖4 有沖擊危險(xiǎn)地點(diǎn)深孔卸壓爆破裝藥示意圖

3.3.3 巷道留有超過1m 厚的底煤時(shí)的處理

當(dāng)巷道底板有超過1m 的底煤時(shí)，應(yīng)對(duì)巷道底板采取底板爆破或鉆孔卸壓的措施。

采用底板爆破卸壓時(shí)，一般在巷道中間施工1排爆破孔，鉆孔深度視底煤厚度確定。鉆孔孔徑、裝藥量、封孔長(zhǎng)度等根據(jù)實(shí)際條件并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。

采用底板鉆孔卸壓時(shí)，一般在巷道2 個(gè)底角各施工1 排卸壓孔，鉆孔深度視底煤厚度確定，鉆孔深度一般以貫穿全部底煤為準(zhǔn)。鉆孔孔徑、鉆孔間距等根據(jù)實(shí)際條件并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。

3.4 沖擊危險(xiǎn)地段治理后的效果檢驗(yàn)及再治理

采用沖擊地壓危險(xiǎn)的卸壓解危措施后，要按照沖擊地壓危險(xiǎn)檢測(cè)方案進(jìn)行沖擊地壓危險(xiǎn)檢測(cè)，確定無沖擊地壓危險(xiǎn)后方可繼續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)；若檢測(cè)仍然具有沖擊地壓危險(xiǎn)，必須繼續(xù)采取防沖治理措施，可綜合采取以下方案之一，也可以綜合考慮采用其它防沖治理措施。

1）在2 個(gè)鉆孔之間再施工1 個(gè)卸壓鉆孔，使鉆孔間距變?。灰部稍谙锏郎戏骄囗敯宓南锏栏叨鹊?/3 處，與下排鉆孔交錯(cuò)再施工1 排卸壓鉆孔，參數(shù)與第1 排卸壓鉆孔相同。

2）綜合采用深孔卸壓爆破措施，即在2 個(gè)卸壓鉆孔間施工卸壓爆破孔。

再次實(shí)施治理措施后，需要繼續(xù)進(jìn)行沖擊地壓危險(xiǎn)檢測(cè)，重復(fù)以上過程，直至解除沖擊地壓危險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

研究并實(shí)施回采巷道掘進(jìn)期間沖擊地壓預(yù)卸壓措施和監(jiān)測(cè)治理措施，顯著提高了掘進(jìn)工作面沖擊地壓防治工作效率，為工作面接下來的回采提供了有力保障；同時(shí)，形成了回采巷道掘進(jìn)期間防沖治理的典型模式，為類似條件下回采巷道沖擊地壓防治工作提供有效的技術(shù)途徑。