采煤工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶期間沖擊地壓防治技術(shù)研究

李祖佶

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

隨采深增加沖擊地壓對(duì)礦井生產(chǎn)影響更為顯著，特別是中東部的山東、河南等煤炭生產(chǎn)區(qū)，沖擊地壓影響更為突出[1]。眾多的研究學(xué)者對(duì)沖擊地壓預(yù)測預(yù)警、發(fā)生機(jī)理以及防治技術(shù)等展開研究，并取得較為豐碩的研究成果[2]。眾多的研究成果表明，當(dāng)井下采掘作業(yè)面回采推進(jìn)過地質(zhì)構(gòu)造時(shí)更容易發(fā)生沖擊地壓，主要原因是構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力等疊加以及開采擾動(dòng)導(dǎo)致[3-6]。文中以11306 綜采工作面過斷層構(gòu)造為工程實(shí)例，對(duì)采取的沖擊地壓預(yù)警以及防治措施進(jìn)行闡述，現(xiàn)場應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)了采面安全回采。

1 工程概況

山西某礦11306 綜采工作面受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響布置不規(guī)則，采面東側(cè)、西側(cè)分別為11308 采空區(qū)以及井田邊界煤柱，南側(cè)、北側(cè)分別為實(shí)體煤以及采空區(qū)。11306 綜采工作面開采的11 號(hào)煤層賦存穩(wěn)定，煤層傾角介于7°～18°（平均10°），厚度平均4.2 m，煤體中部夾雜有2～4 層矸石，矸石總厚度為300～900 mm，煤質(zhì)為氣肥煤。

現(xiàn)在國內(nèi)聾?；径荚谟闷胀ㄖ行W(xué)的信息技術(shù)教材，普通中小學(xué)信息技術(shù)發(fā)展速度是聾校無法趕上的。不論是師資力量還是硬件設(shè)施，我們都嚴(yán)重滯后。而普通中小學(xué)的這一套教材我們直接拿來用，明顯存在著內(nèi)容太多、很多內(nèi)容不適合聾生的問題。聾校信息技術(shù)的師資力量又嚴(yán)重缺乏，讓我們聾校信息技術(shù)的課堂教學(xué)舉步維艱[3]。

11306 綜采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長度690 m，分三段開采，采面斜長分別為190 m、220 m 以及235 m。根據(jù)回采巷道揭露巖層情況并結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)資料顯示，11306 綜采工作面回采范圍內(nèi)發(fā)育有多個(gè)斷層，其中DF11（H=2.5～4.3 m，136°∠59°）、DF13（H=0.9～5.1 m，163°∠63°）對(duì)采面回采影響較為明顯。

下樓，發(fā)動(dòng)車子，左拐，右拐，再左拐，車子駛上公路。假如車子一路往前，四十分鐘以后，念蓉將到達(dá)雜志社。可是當(dāng)她走到第二個(gè)十字路口，當(dāng)紅燈滅，綠燈亮，鬼使神差般，念蓉打一下方向盤。車子駛上另一條馬路，一棟很有名的建筑等在那里：山水大酒店。

2 采面沖擊地壓危險(xiǎn)性分析

3）斷層影響。在11306 綜采工作面開采范圍內(nèi)存在有多個(gè)斷層，其中DF11、DF13 對(duì)采面回采有較大影響。在斷層影響范圍內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力集中程度較為明顯，從而在為沖擊地壓發(fā)生創(chuàng)造了一定條件。

在11306 綜采工作面安裝微震監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)區(qū)域微震發(fā)生情況進(jìn)行監(jiān)測。距離在采面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷分別布置2 個(gè)、3 個(gè)監(jiān)測探頭，監(jiān)測探頭間距350～500 m。根據(jù)微震監(jiān)測結(jié)果以及相關(guān)預(yù)警指標(biāo)對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)警。

1）11 號(hào)煤層頂板巖層堅(jiān)硬。11 號(hào)煤層覆巖中存在有堅(jiān)硬的灰?guī)r，與煤層垂直距離約為230 m，該層堅(jiān)硬灰?guī)r厚度平均達(dá)到225 m。11 號(hào)煤層開采形成大面積采空區(qū)，頂板堅(jiān)硬灰?guī)r形成懸頂并集聚大量的彈性能。頂板集聚的彈性能釋放后會(huì)導(dǎo)致采面大面積來壓嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊地壓問題。

在11306 綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造期間沖擊地壓危險(xiǎn)性會(huì)顯著增加。為此，綜合分析礦壓、回采巷道圍巖應(yīng)力、微震、鉆屑等指標(biāo)可對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)警。

4）采面設(shè)計(jì)不規(guī)則。11306 綜采工作面受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響布置不規(guī)則，在采面不規(guī)則區(qū)域內(nèi)更容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，從而增加沖擊地壓發(fā)生率。

在采面回采巷道內(nèi)安裝KJ21 應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)圍巖應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。根據(jù)采面開采以及地質(zhì)構(gòu)造情況，將壓力傳感器安裝在回采巷道采面幫側(cè)，兩個(gè)壓力傳感器為一組，組間間距為25～30 m。在回采巷道采面幫距離巷道底板1.5 m 位置施工兩個(gè)鉆孔，孔徑均為42 mm，孔深分別為7 m、14 m。根據(jù)圍巖應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)警，具體依據(jù)的預(yù)警指標(biāo)見表1 所示。

當(dāng)鉆孔在1～7 m 范圍內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)排出的鉆屑量超過2.4 kg/m、在8～15 m 范圍鉆進(jìn)時(shí)排出的鉆屑量超過4.0 kg/m 時(shí)，或者鉆孔在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)吸鉆、卡鉆、異響等動(dòng)力顯現(xiàn)時(shí)，即可判定該區(qū)域存在沖擊地壓危險(xiǎn)性。

3 采面過構(gòu)造期間沖擊地壓預(yù)警技術(shù)

根據(jù)項(xiàng)目示范區(qū)產(chǎn)權(quán)的劃分和石首市項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，從水庫取水，灌溉方式為自流灌溉的末級(jí)渠系供水費(fèi)用由管理費(fèi)用、配水人員勞務(wù)費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用三部分構(gòu)成。提水灌溉的區(qū)域，由于泵站為小型泵站，且產(chǎn)權(quán)歸農(nóng)民用水者協(xié)會(huì)所有，農(nóng)民用水者協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)運(yùn)行成本和維修，因此，提水灌溉區(qū)域末級(jí)渠系供水費(fèi)用由管理費(fèi)用、配水人員勞務(wù)費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及水泵運(yùn)行成本四部分構(gòu)成。

3.1 礦壓監(jiān)測

通過監(jiān)測頂板離層情況、回采巷道圍巖變形情況分析礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)沖擊地壓預(yù)測。在回采巷道內(nèi)每隔50 m 安裝一個(gè)頂板離層儀，當(dāng)監(jiān)測到頂板離層量超過60 mm 時(shí)即使用必要的支護(hù)措施控制頂板離層；每間隔100 m 布置一測站對(duì)圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)在地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)內(nèi)加密測點(diǎn)，當(dāng)圍巖變形量累積超過500 mm 時(shí)應(yīng)進(jìn)行必要的巷道修整以及補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

3.2 應(yīng)力在線監(jiān)測

采面在回采斷層地質(zhì)構(gòu)造期間更容易發(fā)生沖擊地壓，從而給煤炭安全回采帶來威脅。因此，需要采取各種措施對(duì)過地質(zhì)構(gòu)造期間沖擊地壓進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，并依據(jù)預(yù)警結(jié)果針對(duì)性提出防治措施。

3.3 微震監(jiān)測

2）采面埋深大。11306 綜采工作面開采深度平均超過620 m，同時(shí)受到鄰近的采空區(qū)影響，采面煤巖體中應(yīng)力出現(xiàn)不同程度集中，同時(shí)應(yīng)力集中分布不均衡。

3.4 鉆屑指標(biāo)監(jiān)測

通過不同孔深鉆屑量即可掌握采面回采過地質(zhì)構(gòu)造過程中圍巖應(yīng)力集中程度以及鄰近采空區(qū)側(cè)向應(yīng)力集中程度。根據(jù)礦井生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)并借鑒鄰近礦井施工方案，在回采過地質(zhì)構(gòu)造期間將鉆孔孔深設(shè)計(jì)為15 m，鉆孔孔徑為42 mm，開孔位于底板上方1.0～1.2 m 位置。

4.電器以及導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和電器的短路開斷電流，應(yīng)該按照三相短路進(jìn)行驗(yàn)算。一般用熔斷器進(jìn)行保護(hù)的電壓互感器回路，對(duì)動(dòng)穩(wěn)定以及熱穩(wěn)定情況可以不進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)斷路器的斷流能力進(jìn)行校核時(shí)，采用的校核條件應(yīng)該是斷路器實(shí)際開斷時(shí)間的短路電流。

添加可可堿的發(fā)酵液與未添加咖啡堿對(duì)照組發(fā)酵液中剩余葡萄糖含量的變化趨勢一致，相比之下，添加可可堿的發(fā)酵液中葡萄糖的含量下降的更為明顯，說明有可可堿的存在可能對(duì)刺激菌體的生長繁殖存在積極作用，從而加速冠突散囊菌對(duì)發(fā)酵液中葡萄糖的消耗；二組發(fā)酵液總蛋白質(zhì)含量均隨著時(shí)間的增加而逐漸升高，而又分別在發(fā)酵第8、9 d相繼開始下降，一方面冠突散囊菌在發(fā)酵培養(yǎng)過程中胞外酶的分泌和積累，另一方面，也可能是由于菌體自溶導(dǎo)致胞內(nèi)蛋白等大分子物質(zhì)快速降解。

4 沖擊地壓防治措施

4.1 靜態(tài)區(qū)卸壓措施

在采面回采之前即對(duì)沖擊地壓危險(xiǎn)性區(qū)域進(jìn)行卸壓，超前卸壓范圍超過200 m，并嚴(yán)格依據(jù)《11306綜采工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)報(bào)告》中給定的技術(shù)方案實(shí)施。具體施工的卸壓鉆孔技術(shù)方案：在弱沖擊地壓區(qū)域內(nèi)，距離底板1.5 m 位置施工卸壓鉆孔，鉆孔孔深在20 m、鉆孔孔徑均為110 mm，間距2.0 m，鉆孔垂直巷道壁施工；在強(qiáng)沖擊地壓區(qū)內(nèi)，在距離巷道底板1.5m 位置施工卸壓鉆孔，鉆孔孔深25 m、孔徑110 mm，間距為1.0 m。

4.2 動(dòng)態(tài)區(qū)域卸壓出措施

在采面回采過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)某區(qū)域存在沖擊地壓危險(xiǎn)性時(shí)，即可進(jìn)行卸壓。具體布置的卸壓鉆孔技術(shù)參數(shù)為：鉆孔孔深均為10.0 m、孔徑110.0 mm、間距1.0 m，鉆孔均垂直巷道壁施工。具體施工時(shí)由低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)進(jìn)行，在地質(zhì)構(gòu)造影響帶范圍內(nèi)即從影響帶邊緣向影響帶中部施工。

4.3 沖擊地壓治理效果分析

在采面過地質(zhì)構(gòu)造期間采用上述綜合卸壓技術(shù)措施后，采用微震監(jiān)測技術(shù)對(duì)開采過程中產(chǎn)生的微震能量、微震頻次進(jìn)行監(jiān)測。在2020.5.20～2020.6.8號(hào)期間采面回采過DF11，在過該斷層期間微震釋放總能量為129 kJ，發(fā)生頻次為42 個(gè)。在采面采區(qū)沖擊地壓防治措施后，微震總能量得以降低、頻次有所增加。在采面采用綜合沖擊地壓治理措施后，有效減低了工作面回采過地質(zhì)構(gòu)造期間沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)，取得較好沖擊地壓治理效果。

5 結(jié)語

11306 綜采工作面受到開采的煤層埋深深、頂板巖層堅(jiān)硬、采面不規(guī)則、地質(zhì)構(gòu)造等因素綜合作用下容易發(fā)生沖擊地壓，從而給工作面回采安全帶來一定威脅。特別是采面過DF11、DF13 構(gòu)造期間，圍巖中構(gòu)造應(yīng)力集中程度更為顯著，沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)更高。為此，提出綜合使用礦壓監(jiān)測、圍巖應(yīng)力監(jiān)測、微震監(jiān)測以及鉆屑量監(jiān)測等方式對(duì)沖擊地壓預(yù)警，并綜合靜態(tài)區(qū)、動(dòng)態(tài)區(qū)卸壓措施防治沖擊地壓。在11306 綜采工作面現(xiàn)場應(yīng)用后，采面過地質(zhì)構(gòu)造期間未出現(xiàn)沖擊地壓征兆，可在一定程度上提高采面生產(chǎn)安全保障能力。