大興礦孤島工作面沖擊地壓綜合防治技術(shù)

尚 海 張朝川

（鐵法煤業(yè)（集團）大興煤礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 孤島工作面概況

自2018 年6 月大興礦被確定為沖擊地壓礦井以后，該礦就迅速進入防治沖擊地壓工作的起步階段。2019年2 月，該礦南二903 孤島工作面開始回采，回采過程逐步確定和摸索出監(jiān)測預(yù)警方案和卸壓解危、安全防護以及加強巷道支護等系列防治措施，保證了工作面安全回采，并總結(jié)出了大興礦沖擊地壓防治的寶貴經(jīng)驗，也查找出了沖擊地壓防治方面的不足，為后續(xù)工作面的安全開采提供借鑒。

大興礦南二903 孤島工作面位于9 號煤層南二采區(qū)中部，東鄰902 采空區(qū)，西鄰905 采空區(qū)，之間煤柱均為8 米；南部為未采動區(qū)；北部為采區(qū)煤柱，因而形成了孤島工作面，該面上鄰7-2 煤層，北部未采動,南部為南五717、南五719 上采空區(qū)。

傳統(tǒng)“121 工法”技術(shù)體系內(nèi)南二903 孤島工作面，大面走向長580m，傾斜寬178m；收縮面走向長302m，傾斜寬95m，903 工作面位置，參見圖1。

圖1 大興礦南二903 孤島工作面布置圖

2 沖擊危險防治技術(shù)方案

2.1 沖擊地壓綜合防治體系

通過2018～2019 年兩年的防沖工作實踐與摸索，大興礦確立了防沖 “15336”工作體系，即“一面一策一評價”的“1”要求；防沖工程的實施具有設(shè)計、措施、施工負責(zé)人、驗收人、工程標(biāo)識等5 項；強卸壓、強支護、強監(jiān)測等3 項強化；回采作業(yè)限時、限員、限強度等3限；防沖隱患治理做到排查、記錄、處罰、整改、驗收、通報等6 項跟蹤，確保防沖工作能夠扎實推進。

2.2 工作面沖擊危險性監(jiān)測方法

采用鉆屑法、YDD16煤巖動力災(zāi)害聲電檢測儀檢測、KJ24 頂板動態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)進行局部沖擊危險性預(yù)測，采取SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)對工作面進行區(qū)域監(jiān)測預(yù)警。

2.2.1 鉆屑法檢測

鉆屑法檢測孔布置方案，工作面前方90m 以內(nèi)巷道實體煤側(cè)施工取屑鉆孔。鉆孔直徑42mm，開孔高度為距離底板0.5～1.5m，孔深10m；巷道幫部間距15m。鉆孔方向與煤壁垂直，平行于煤層。

對于劃分的中等及以上危險區(qū)域每2 天實施一次；對弱危險區(qū)域每3 天實施一次。對每米鉆屑量進行稱重并觀察打鉆過程中是否發(fā)生動力現(xiàn)象，鉆屑臨界值為4.5kg/m，每米鉆屑值達到或超過4.5kg/m 認定有沖擊危險，必須停止作業(yè)采取卸壓解危措施。南二903 工作面全年進行取屑檢測92 次，均無超過臨界指標(biāo)的情況。

2.2.2 YDD16 煤巖動力災(zāi)害聲電檢測儀局部監(jiān)測

該儀器利用電磁輻射和聲發(fā)射數(shù)值的變化趨勢，判定工作面的沖擊危險性。首先經(jīng)過1 個月的數(shù)據(jù)收集進行對比試驗，采用模糊數(shù)學(xué)的方法確定南二903工作面的聲發(fā)射和電磁輻射的臨界指標(biāo)，電磁輻射臨界指標(biāo)為54.5mv，聲發(fā)射臨界值指標(biāo)為423.2mv。在兩順進行指標(biāo)測試，距工作面10m 開始在工作面軟幫沿走向方向布置12個測點，測點間距10m，兩順各12個點。作為鉆屑法的輔助預(yù)測，確定工作面沖擊危險性的變化趨勢。

2.2.3 KJ24 頂板動態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)局部監(jiān)測

該系統(tǒng)于2019 年2 月正式在南二903 工作面投入使用，用于監(jiān)測工作面支架支撐壓力、工作面前方錨桿、錨索的受力情況、頂板離層情況以及前方煤體的應(yīng)力變化，以判定工作面危險性作為主要依據(jù)。

2.2.4 SOS 微震系統(tǒng)區(qū)域監(jiān)測

SOS 微震監(jiān)測系統(tǒng)于2018 年6 月在南二903 工作面投入使用，工作面采用微震監(jiān)測法進行區(qū)域監(jiān)測，對微震信號進行實時、動態(tài)監(jiān)測，并確定微震發(fā)生的時間、能量及三維空間坐標(biāo)等參數(shù)。通過對微震發(fā)生的時間、能量、震源深度、定位位置、微震頻次的記錄進行分析、比對，分析判斷發(fā)生沖擊地壓的可能性。

自南二903 工作面開始回采至采終共監(jiān)測到1427次微震事件，最大能量為3.03E+06J，總能量為6.06E+06J，其中能量小于103J 的780 次（注：達到100J 的4 次，達到101J 的113 次，達到102J 的663 次），能量達到103J 的622 次，能量達到104J 的24 次，能量達到106J的1 次。從整體震源分布來看，震源集中在超前工作面200m 的巷道和采空區(qū)，發(fā)生在超前工作面的巷道一方面是由于受采動影響，另一方面是受到工作面“見方”影響，針對這類微震事件，主要采取施工卸壓爆破鉆孔進行爆破卸壓，采取鉆屑法進行驗證其措施的有效性，對于發(fā)生在采空區(qū)的微震事件，主要是由于采空區(qū)頂板跨落造成的能量釋放，針對此類情況，主要采取加密預(yù)測，保證各項指標(biāo)均在臨界值以下，方可繼續(xù)回采。

2.3 局部卸壓與降低應(yīng)力集中

為預(yù)防大興礦南二903 孤島工作面動力災(zāi)害，研究決定采取多種卸壓措施進行綜合防治。

2.3.1 巷道幫部大直徑鉆孔卸壓

鑒于南二903 工作面靜載應(yīng)力水平較高，易發(fā)生強動力顯現(xiàn)，特將大直徑鉆孔在兩巷的強沖擊危險區(qū)域加密布置，鉆孔直徑114mm，孔間距為2m，鉆孔深度20 m，平行煤層方向，直線布置，與原卸壓孔交錯布置，運、回順在工作面安裝前共計施工大直徑卸壓鉆孔226 個，共計施工4520m。

2.3.2 煤體爆破卸壓

在工作面“見方”前后、三角煤柱區(qū)域、斷層附近、工作面縮面期間、應(yīng)力集中區(qū)域施工卸壓爆破鉆孔，孔徑Ф42mm，孔間距5m，孔深10m，單孔裝藥量為3.0kg，用黃泥進行封孔，封孔長度5m。工作面兩順共計施工爆破卸壓鉆孔135 個，其中運順施工爆破卸壓鉆孔如圖2 所示。

圖2 工作面巷道兩幫卸壓爆破鉆孔布置

2.3.3 工作面頂板深孔預(yù)裂

南二903 工作面每回采30～35m，正好處于來壓周期壓范圍內(nèi)，在工作面支架間頂板施工頂板預(yù)裂鉆孔，運順施工位置開始在工作面距離運順三角點距離10m 處，回順施工位置開始在工作面距離回順三角點距離10m 處每個支架架間施工一個，運、回順各施工12 個，鉆孔深度12m，鉆孔施工角度與煤層層面夾角為70°，垂直方向投影不小于11.2m。根據(jù)工作面推進情況，每周施工一次，保證了工作面采空區(qū)頂板的順利冒落，減少了大能量微震事件的發(fā)生。從2019 年5 月開始共計施工頂板預(yù)裂鉆孔23 次，鉆孔276 個，總計工程量3312m。

2.3.4 煤體高壓注水

煤體注水不但能提高其本身的塑性，還能降低存儲彈性能量的能力。因此，采取此方法可降低發(fā)生沖擊地壓的危險。

南二采區(qū)9 煤層煤體較硬，在完成浸水性試驗后，根據(jù)煤體的堅固性系數(shù)確定每個鉆孔超前工作面的注水時間和停止時間，保證有效性。根據(jù)大興煤礦防突實驗室測定的9 煤層堅固性系數(shù)f 值1.3～1.61，并參見表1，確定每個鉆孔開始注水時間為距離工作面40m時，停止注水時間為鉆孔距離工作面10m 時。

表1 合理注水區(qū)域選擇參考表

采用注水軟化煤體方案，注水孔布置及施工技術(shù)要點：一是在運順采煤幫側(cè)施工注水孔，增加煤體塑性；二是從開采前切眼開始，開采后超前工作面200m 以內(nèi)在運順上幫煤體內(nèi)布置注水孔，參數(shù)為：孔距12m，孔徑Φ114mm，孔深30、50、90m，鉆孔與運順煤壁垂直，沿煤層傾向布置，使用ZDY3200L 進行施工?！皟啥乱蛔ⅰ睅悍饪灼鞣饪?，封孔長度不小于10m；三是使用高壓注水泵注水，注水壓力不小于12MPa，當(dāng)注水壓力降至4MPa 以下時或煤體出現(xiàn)滲水后改為靜壓注水，以保證煤體含水量增量大于2%。

南二903 運順共計施工高壓注水鉆孔62 個，總注水量為5613m3。

3 安全儲備配套措施

3.1 強支護方式

增加南二903 工作面超前支護段長度，由原來的25m 增加至超前200m 布置替棚支架，南二903 回順安設(shè)替棚支架27 架，超前支護長度為205m，南二903運順安設(shè)替棚支架25m，超前支護長度為207m。保障了超前支護段人員的作業(yè)安全。

3.2 強限員措施

工作面運、回順口設(shè)置防沖管理站、管理站備有防護服、防沖頭盔，人員進入時必須穿戴好防護裝備。防沖管理站由生產(chǎn)單位安排專人發(fā)放沖擊危險區(qū)域準(zhǔn)入卡片，憑證進入。工作面生產(chǎn)期間，兩順超前工作面200m 范圍內(nèi)嚴禁人員進入、通過、作業(yè)，其他作業(yè)地點合計限員16 人，工作面檢修期間限員40 人。

3.3 限制回采速度

南二903 工作面嚴格控制推進速度，減少了由于開采強度大而造成微震事件的集中，降低了開采強度，規(guī)定每天推進4 刀，并保證勻速推進，白班不生產(chǎn)，四點班、零點班各采2 刀，并根據(jù)微震數(shù)據(jù)變化情況及時調(diào)整刀數(shù)。

4 結(jié)語

在采區(qū)設(shè)計和進行采掘布局時，要以現(xiàn)代“110 工法”技術(shù)體系內(nèi)核心理論為指導(dǎo)，避免孤島開采，并保證采止線對齊，減少人為因素增加工作面的開采風(fēng)險和開采難度。

在嚴格執(zhí)行各項防沖措施的同時，必須保證強限員、強支護落實到位，真正意義上做到“有震無災(zāi)、有沖無傷、可防可控”。

大興礦南二903 孤島工作面開采實踐，以沖擊地壓強度弱化減沖原理為指導(dǎo)，實施煤層高壓注水、大直徑鉆孔卸壓、煤礦頂板預(yù)裂等預(yù)防和解危技術(shù)措施，降低工作面沖擊地壓風(fēng)險，保證了工作面安全回采，效果良好。