沖擊地壓巷道貫通期間防沖措施的應(yīng)用

丁希陽 張 洋 郭 魯

（汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司，山東 汶上 272500）

1 概況

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司在4310 工作面軌道順槽F4 導(dǎo)線點前33 m 處作為4310 工作面軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷開門中心點，按171.423°方位角施工61.4 m，然后拐彎按237.491°方位角施工58.5 m與四采區(qū)軌道下山（A4 導(dǎo)線點前52.78 m）貫通。

1.1 巷道設(shè)計

（1）巷道斷面：直墻半圓拱形，荒寬4400 mm，荒高3700 mm；凈寬4200 mm，凈高3600 mm，墻高1500 mm。

（2）施工坡度：地層傾角10°～19°，根據(jù)巷道標(biāo)高，拐彎后按5°上山掘進與四采區(qū)軌道下山貫通。

1.2 地質(zhì)條件

（1）正常掘進期間為煤巷，直接頂為細(xì)砂巖，堅固性系數(shù)5～7，直接頂厚度1.5～3.5 m。地層為一單斜構(gòu)造，掘進過程中將揭露斷層FG-4310-01（H=2.5 m），過斷層期間為巖巷、半煤巖巷。

（2）該巷道北面為4310 工作面軌道順槽，南面為四采區(qū)軌道下山，西面為四采區(qū)膠帶下山，東面為4310 工作面。四采區(qū)軌道下山與四采區(qū)膠帶下山平行布置，巷道開門夾角63°，貫通夾角30°。

1.3 沖擊地壓評價及結(jié)論

根據(jù)《4310 工作面沖擊危險性評價及防沖設(shè)計》，結(jié)合4310工作面具體地質(zhì)條件、開采技術(shù)條件、3 煤沖擊傾向性鑒定結(jié)果等，分別從定性、定量（綜合指數(shù)法、可能性指數(shù)診斷法）角度對該工作面的沖擊危險性進行了評價，4310 工作面軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷掘進期間具有弱沖擊危險性。

1.4 防沖難點

巷道空間位置復(fù)雜，開門施工至55～60 m 時將從四采區(qū)膠帶下山上部穿過（層間距約4.5 m）；貫通點附近存在機電硐室且四采區(qū)軌道下山與四采區(qū)膠帶下山僅間隔20 m 煤柱，頂板管理難度大，易產(chǎn)生高應(yīng)力集中區(qū)，需要采取針對性防沖專項措施。巷道位置關(guān)系圖如圖1。

圖1 巷道位置關(guān)系圖

1.5 支護設(shè)計

（1）4310 工作面軌道順槽聯(lián)絡(luò)巷頂部及兩幫選用MSGLD-335/Ф22×2400 mm 等強螺紋鋼錨桿。錨桿間、排距均為800 mm×800 mm；頂部及兩幫鋪設(shè)1000 mm×2000 mm 的金屬軋花平網(wǎng)。揭露地層構(gòu)造、淋水或頂板巖石破碎時，頂部鋪設(shè)雙層金屬軋花平網(wǎng)加強護表強度。

（2）為提高頂部圍巖整體性，拱部采用錨索+14#槽鋼加強支護。錨索規(guī)格為Φ21.6×4500 mm，錨索間排距為1700 mm×2400 mm，每排三根，槽鋼規(guī)格為14#×3800 mm，錨索滯后迎頭不大于4 m。貫通距離剩余10 m 時，采用規(guī)格為Φ21.6×6500 mm 的錨索加強支護，錨索緊跟迎頭。

2 貫通期間防沖專項措施

2.1 貫通前的應(yīng)力顯現(xiàn)

貫通距離約50 m 時，在四采區(qū)膠帶下山出現(xiàn)斷錨桿、螺母崩裂、錨桿螺母擼絲現(xiàn)象，應(yīng)力在線壓力值顯著上升。貫通距離剩余約20 m 時，四采區(qū)軌道下山貫通點附近原噴漿層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，且煤炮頻繁，一個班次由1～2 次增加到4～5 次。

2.2 施工措施

（1）頂部及兩幫選用MSGLW-500/Ф22×2400 mm 無縱肋螺紋鋼錨桿加強支護，每根錨桿安裝一個單啟動讓壓管，讓壓載荷180 kN，順序為W 形鋼護板、托盤、平墊、讓壓控件、平墊、減摩墊圈和螺母。

（2）錨索排距加密至1600 mm，每根錨索安裝1 個雙啟動讓壓控件，順序為槽鋼、托盤、平墊、讓壓控件、鎖具。

（3）貫通距離剩余10 m 時，在四采區(qū)軌道下山內(nèi)（貫通點前后5m 范圍內(nèi)）采用錨索+錨索圓形托盤加強支護。錨索間排距1700 mm×2400 mm，錨索規(guī)格為Ф21.6 mm×6500 mm，每排布置三根錨索，貫通前先施工中間及右側(cè)錨索，貫通后再補打左側(cè)錨索。

（4）臨近貫通8 m 時，循環(huán)進尺調(diào)整為0.8 m，短掘短支；剩余5 m 時使用探釬鉆透，適當(dāng)調(diào)整施工層位；剩余2 m 時，采取多打眼放小炮的措施保證貫通質(zhì)量。

2.3 貫通期間防沖方案

（1）出現(xiàn)動力顯現(xiàn)，且應(yīng)力在線瀕臨黃色預(yù)警時，在工作面迎頭施工大直徑預(yù)卸壓鉆孔進行貫通前預(yù)透，工作面中間三個鉆孔“三花”布置，相鄰鉆孔孔口間距為1.2 m，平行于巷道施工方向進行預(yù)透。在“三花”布置的基礎(chǔ)上，工作面迎頭兩側(cè)各增加一個預(yù)卸壓鉆孔，右側(cè)預(yù)卸壓鉆孔深度為22 m，與巷道幫部成19°夾角，終孔位置在巷道右側(cè)輪廓線外8～10 m。同時左側(cè)預(yù)卸壓孔因受三角煤體的影響，與巷道幫部成19°夾角施工預(yù)卸壓鉆孔，同四采區(qū)軌道下山預(yù)透。

（2）對巷道幫部實施大直徑鉆孔預(yù)卸壓，鉆孔直徑150 mm，鉆孔間距不大于3 m，于巷幫中部單排布置，孔深15 m，滯后迎頭不大于10 m，鉆孔距底板1～1.5 m 為宜。

（3）每天在正迎頭及實體煤幫（迎頭外5 m）進行鉆屑法監(jiān)測，孔徑Φ42 mm，檢測孔深度12 m，量取每米的鉆粉量，根據(jù)鉆粉量預(yù)警指標(biāo)判定危險程度。若監(jiān)測到有沖擊危險時，應(yīng)立即停止生產(chǎn)，迅速撤人至安全地點，并立即向沖擊地壓防治辦公室和調(diào)度指揮中心進行匯報。

具體監(jiān)測方法如下：由三天監(jiān)測一遍加強為兩天監(jiān)測一遍，揭露煤層厚度達到1 m 后，每天早班在迎頭面左、右側(cè)各施工一個，迎頭后5～15 m 范圍內(nèi)左、右?guī)透魇┕ひ粋€。預(yù)卸壓鉆孔預(yù)透設(shè)計示意圖如圖2。

圖2 預(yù)卸壓鉆孔預(yù)透設(shè)計示意圖

2.4 鉆屑法技術(shù)參數(shù)

（1）掘進迎頭鉆孔與巷道軸向平行，實體煤巷道布置在兩幫，兩幫鉆孔方向與煤層傾向平行。巷道迎頭布置2 個鉆孔，間隔1.5～2 m；兩幫各布置2 個鉆孔，孔深12 m。鉆孔以1.0～1.5 m 高為宜。

（2）因過斷層，需從巷道底板開始揭露煤層，煤層頂板距巷道底板距離達到1 m 及以上時，開始進行鉆屑法監(jiān)測。

（3）沖擊危險的煤粉量的臨界值：

當(dāng)孔深L ≤5 m 時，臨界煤粉量為2.7 kg/m；當(dāng)孔深6 m ≤L ≤9 m 時，臨界煤粉量為5.3 kg/m；當(dāng)孔深10 m≤L≤12 m時，臨界煤粉量為9.1 kg/m。

2.5 應(yīng)力在線安裝要求

（1）應(yīng)力在線測點布置

應(yīng)力在線測點間距20～25 m，應(yīng)力在線安設(shè)初始應(yīng)力值不低于5 MPa，不高于8 MPa；穩(wěn)壓應(yīng)力值不低于3.5 MPa，每組兩個測點，埋設(shè)深度分別為8 m、14 m，間距1.0～1.5 m，深孔靠近迎頭。

（2）應(yīng)力在線預(yù)警（見表1）

表1 應(yīng)力在線預(yù)警值設(shè)置

（3）沖擊危險判定

根據(jù)應(yīng)力值和應(yīng)力增值兩項指標(biāo)，只要一項指標(biāo)超過預(yù)警值，則判斷該組測點區(qū)域具有沖擊危險。兩組及以上黃色或紅色預(yù)警，需立即停產(chǎn)撤人；一組紅色預(yù)警，一天內(nèi)明顯增加（應(yīng)力增值大于預(yù)警值），需立即停產(chǎn)撤人；一組黃色預(yù)警，且鉆屑法檢測指標(biāo)超限，需立即停產(chǎn)撤人。

2.6 預(yù)卸壓鉆孔技術(shù)參數(shù)

（1）幫部揭露煤層厚度達到1 m 后，開始對幫壁施工預(yù)卸壓鉆孔。卸壓鉆孔Φ150 mm，孔深15 m，鉆孔布置在煤幫中部，距底板1～1.5 m 為宜。

具體要求如下：幫部為半煤巖時，下部煤厚小于1 m，幫部不再施工卸壓孔；底煤厚超過1 m 時，對底煤進行預(yù)卸壓。

（2）在工作面掘進期間，掘進迎頭鉆孔與巷道軸向平行，巷道兩幫鉆孔與巷幫垂直，沿煤層傾向方向施工。預(yù)卸壓孔滯后迎頭不大于10 m。

（3）斷錨桿頻繁、煤炮次數(shù)頻繁、壓力較大時，首先利用鉆屑法進行檢驗，如果煤粉不超標(biāo)，則施工預(yù)卸壓鉆孔，確保卸壓鉆孔滯后迎頭不大于5 m；如果煤粉超標(biāo)，立即停止施工。

（4）對于連續(xù)3 個卸壓鉆孔發(fā)生塌孔的情況，應(yīng)及時對該區(qū)域進行煤粉檢驗和卸壓施工。

3 應(yīng)用分析

（1）微震監(jiān)測分析。日均震動事件9 次，較采取措施前減少65 次，下降87.8%。其中能量大于1.0×103J的發(fā)震次數(shù)2次，較采取措施前減少51次，下降96.2%。經(jīng)過分析，通過采取相應(yīng)措施，震動次數(shù)顯著減少，大能量事件趨近于零次。

（2）應(yīng)力監(jiān)測分析。相對于采取措施前，應(yīng)力計壓力值顯著減少，深孔應(yīng)力值最大值下降2 MPa，最大增速值下降1.5 MPa/d；淺孔應(yīng)力值最大值下降3.5 MPa，最大增速值下降2 MPa/d。各測點的應(yīng)力計壓力值均在正常范圍之內(nèi)，且壓力上升幅度不大，壓力較平穩(wěn)，未出現(xiàn)應(yīng)力異常情況。迎頭靠近貫通點的煤體淺部應(yīng)力在距貫通35 m 左右開始，隨著貫通距離的減小，應(yīng)力呈上升趨勢。充分證實，在距離貫通50 m開始采取相應(yīng)措施是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

（3）鉆屑法監(jiān)測。在巷道內(nèi)所做的鉆屑法煤粉量數(shù)據(jù)均低于鉆屑法監(jiān)測煤粉量臨界指標(biāo)，且現(xiàn)場鉆進過程中也未出現(xiàn)卡鉆、吸鉆、頂鉆等動力顯現(xiàn)情況。采取措施后，煤炮等動力現(xiàn)象顯著減少，煤粉量最大值均下降0.85 kg/m。

（4）礦壓顯現(xiàn)。采取專項措施后，斷錨桿現(xiàn)象得到有效遏制，貫通點處噴漿層開裂現(xiàn)象得到改善。

4 實踐結(jié)論

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司在沖擊地壓巷道貫通期間，針對沖擊地壓防治規(guī)定采取相應(yīng)的加強支護措施，同時根據(jù)巷道地質(zhì)條件、巷道位置關(guān)系、圍巖性質(zhì)等采取針對性的防沖專項措施，有效提高了沖擊地壓巷道在穿層且臨近硐室的情況下貫通的安全系數(shù)，為復(fù)雜沖擊地壓巷道實現(xiàn)安全貫通積累了寶貴的實踐經(jīng)驗。