強(qiáng)沖擊煤層綜采工作面過高應(yīng)力區(qū)域礦壓防治技術(shù)的應(yīng)用

王濤 李紅平 賈兵兵

摘 要：針對(duì)寬溝煤礦E1148工作面本身在具有強(qiáng)沖擊傾向性的條件下，推進(jìn)至上部為E114（2）2工作面的停采線附近高應(yīng)力區(qū)域位置時(shí)，根據(jù)微震監(jiān)測(cè)和pasta-m試驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)分析，制定出了采用卸壓爆破解除沖擊礦壓危險(xiǎn)的技術(shù)措施。采用綜合監(jiān)測(cè)手段對(duì)爆破進(jìn)行了效果檢驗(yàn)，結(jié)果表明，通過卸壓爆破措施可以釋放頂板聚集的彈性能，減弱和消除工作面的沖擊礦壓危險(xiǎn)，工作面的安全生產(chǎn)得以保證。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)沖擊傾向性；停采線；卸壓爆破；微震監(jiān)測(cè)

1 礦井概況

寬溝煤礦含煤地層為中侏羅統(tǒng)西山窯組，含可采及局部可采煤層7層，煤層平均厚度1.22m-9.5m；礦井相對(duì)瓦斯涌出量為1.69m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量為4.98m3/min，為低瓦斯礦井；煤層為不自燃-易自燃煤層；煤塵爆炸性指數(shù)值在26.34-42.96%之間，煤塵具有爆炸性。根據(jù)判定煤層沖擊傾向性4個(gè)指數(shù)各自特性，DT和UCS的隸屬度各為0.3，WET和KE的隸屬度各為0.2。判定寬溝煤礦B4-1煤屬于Ⅲ類，為具有強(qiáng)沖擊傾向性的煤層。

E1148綜采工作面開采煤層為B4-1煤層。平均埋深317m、走向長度1703m，E1148（1）傾向長135m，E1148（2）傾向長102m，煤層傾角10-16°，煤層平均厚度為4.2m，采高3m；煤層頂板從下往上：直接頂為粉砂巖，厚度5.7m；煤層B4-2，平均厚2.5m；老頂為粗砂巖，厚度大。底板巖層從上往下：直接底為層狀中砂巖，厚度5.2m；老底為粗砂巖，厚度12.99m。

E1148綜采面與上覆B4-2煤層層間距平均為9.4m。一采區(qū)西翼B4-2煤層已回采了兩個(gè)工作面，即E114（2）1、E114（2）2。E1148綜采面上順槽以南為實(shí)體煤巖層。下順槽以北為E1146采空區(qū)，兩面之間留設(shè)50m煤柱。如圖1所示。

圖1 E1148工作面布置圖

文章基于寬溝煤礦E1148工作面推至距上部E114（2）2停采線的地質(zhì)條件，運(yùn)用微震監(jiān)測(cè)、pasta-m試驗(yàn)所監(jiān)測(cè)出的高應(yīng)力區(qū)域，并針對(duì)高應(yīng)力區(qū)域制定出了相關(guān)的礦壓防治解危措施，減少和消除了工作面的沖擊礦壓危險(xiǎn)性，保障了工作面的安全回采。

2 高應(yīng)力區(qū)域的分布狀況

2.1 微震監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）微震事件監(jiān)測(cè)分布區(qū)域

礦震是由采礦活動(dòng)引起的，在采掘活動(dòng)或構(gòu)造應(yīng)力的影響下，煤巖體積聚的大量彈性能突然釋放，造成工作面或巷道圍巖破裂、滑移和突然卸壓。在具有堅(jiān)硬厚層頂板、構(gòu)造區(qū)（斷層、褶曲）、覆巖活動(dòng)劇烈的礦區(qū)容易發(fā)生大的礦震。開采區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的礦震活動(dòng)多少和能量的大小，直接顯示著工作面的應(yīng)力集中情況。

如圖2所示，2013年10月份高能量微震事件分布平剖面圖。微震事件發(fā)生在工作面采掘空間周圍及超前工作面范圍。

高能量事件主要集中在三個(gè)區(qū)域，區(qū)域一：在工作面下部順槽超前支承壓力影響范圍，區(qū)域二：距離E1142（2）2停采線前方50m至工作面范圍，區(qū)域三：停采線位置及過停采線150m區(qū)域。

為2013年11月份微震事件分布。根據(jù)微震監(jiān)測(cè)結(jié)果，小能量事件居多，高能事件主要集中在工作面的中部，加強(qiáng)工作面中部的監(jiān)測(cè)。

綜上分析，微震監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域?yàn)椋海?）工作面下部區(qū)域。主要為工作面下部超前支承壓力影響區(qū)域。（2）工作面中部區(qū)域。高能事件主要為中部頂板的活動(dòng)影響。

（a）全部事件平面圖

（d）高能量事件剖面圖

圖3 E1148工作面11月微震事件分布

（2）微震監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域的確定。

根據(jù)微震監(jiān)測(cè)結(jié)果，劃分重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和防治區(qū)域如下：a.區(qū)域I：超前支承壓力影響區(qū)域。受E114（2）2停采線影響，綜合確定微震監(jiān)測(cè)確定超前支承壓力影響區(qū)域?yàn)?00m，在該區(qū)域覆巖活動(dòng)頻繁，高能量事件頻發(fā)。b.區(qū)域II：工作面工藝巷頂板活動(dòng)劇烈的區(qū)域。在停采線前100m，該區(qū)域覆巖活動(dòng)的層位高，最高達(dá)到頂板上方50m，主要集中高度在頂板上方20m。

2.2 PASAT-M探測(cè)結(jié)果

（1）探測(cè)區(qū)域分布云圖

圖4為E114（2）2停采線前后區(qū)域波速分布情況，整體波速水平高，波速值分選程度高，主要分布在2.0～5.0m/ms內(nèi)，平均波速3.0m/ms。

圖4 測(cè)區(qū)波速分布（單位m/ms）

（2）探測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域。

根據(jù)PASAT-M探測(cè)結(jié)果，確定E114（2）2停采線危險(xiǎn)區(qū)域：（1）區(qū)域I：869.4～918.4m范圍。該區(qū)域?yàn)閺?qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。（2）區(qū)域II：726～820m范圍。該區(qū)域?yàn)橹械任ｋU(xiǎn)區(qū)域。

3 E1148工作面過E114（2）2停采線前后防沖技術(shù)

工作面沖擊地壓的防治方法及手段主要有頂板卸壓爆破、煤柱側(cè)向頂板爆破、煤體卸壓爆破等技術(shù)。

3.1 頂板卸壓爆破

根據(jù)鉆孔資料及在工作面推進(jìn)過程頂板巖層的窺視結(jié)果，工作面堅(jiān)硬頂板砂巖，厚度在17.5m，而且層間巖層裂隙發(fā)育，B42頂板粗砂巖完整性好。針對(duì)工作面頂板結(jié)構(gòu)，最終確定頂板處理高度為20m。

3.1.1 巷道超前預(yù)裂爆破

超前工作面50m進(jìn)行頂板超前預(yù)裂。上順槽布置兩個(gè)超前預(yù)裂孔，下順槽布置兩個(gè)超前預(yù)裂孔，工藝巷布置四個(gè)超前預(yù)裂孔，根據(jù)前期實(shí)施情況，該危險(xiǎn)區(qū)域循環(huán)步距10m，炮眼直徑75mm。如圖5所示。

（a）平面圖

（b）剖面圖

圖5 超前預(yù)裂鉆孔布置圖

3.1.2 煤柱側(cè)向頂板爆破

為降低因北部E1146工作面采空區(qū)側(cè)向壓力的影響，同時(shí)快速的釋放50m煤柱內(nèi)的應(yīng)力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在煤柱側(cè)施工頂板爆破孔。

循環(huán)步距10m，每循環(huán)共布置1個(gè)炮孔，鉆孔長度30m，垂直巷道走向中心線布置，鉆孔和水平面的夾角29°炮孔布置如圖4-2所示。

（a）平面圖

（b）剖面圖

圖6 過E114（2）2停采線煤柱超前預(yù)裂孔布置方案圖

3.2 煤體解危方案

根據(jù)PASAT-M探測(cè)煤體應(yīng)力異常區(qū)域結(jié)果，在應(yīng)力異常區(qū)域進(jìn)行煤體爆破卸壓。

區(qū)域I：應(yīng)力異常區(qū)爆破方案。在該區(qū)域布置10個(gè)煤體爆破孔，間距5m，爆破后進(jìn)行鉆屑檢驗(yàn)。當(dāng)工作面推進(jìn)至該區(qū)域時(shí)，在煤壁位置進(jìn)行該區(qū)域爆破。

區(qū)域II：應(yīng)力異常區(qū)爆破方案。在該區(qū)域布置25個(gè)煤體爆破孔，距離聯(lián)絡(luò)巷29m施工第一個(gè)爆破孔，間距5m，爆破后進(jìn)行鉆屑檢驗(yàn)。當(dāng)工作面推進(jìn)至該區(qū)域時(shí)，在煤壁位置進(jìn)行該區(qū)域爆破。

4 結(jié)束語

（1）E1148工作面距E114（2）2停采線60m-100m時(shí)工作面超前支承影響范圍已經(jīng)與上部的停采線的影響雙重疊，該區(qū)域微震事件及能量都相對(duì)增加，解危需在超前工作面100m-150m進(jìn)行。

（2）解決寬溝煤礦E1148工作面沖擊礦壓問題的關(guān)鍵是處理好工作面上方的堅(jiān)硬頂板，通過煤體卸壓爆破和頂板卸壓爆破，可快速的釋放高應(yīng)力，減少能量的聚集，以達(dá)到減少或消除沖擊礦壓的目的。

（3）微震事件反映著工作面應(yīng)力的分布狀態(tài)即事件及能量較集中的區(qū)域?yàn)閜asat-m試驗(yàn)的危險(xiǎn)區(qū)域，且以超前支護(hù)范圍內(nèi)活動(dòng)及能量最為頻繁。

參考文獻(xiàn)

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