綜采工作面沖擊地壓解危綜合技術的應用實踐

周川+王煥偉+魏文輝+孫亮

摘 要：隨著礦井開采深度的增加及部分采區受上覆采空區不規則煤柱等綜合因素的影響，沖擊地壓是近年來采煤工作面的主要災害，治理不當會對礦井帶來嚴重的安全生產隱患，甚至引發傷亡事故，本文結合濟寧三號煤礦18304工作面實際情況，詳細介紹了綜采工作面沖擊地壓解危綜合技術的應用，為今后煤礦企業類似工況下的安全生產具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：開采深度；不規則煤柱；防沖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.214

1 工作面概況

183下04工作面位于十八采3下回風巷的北側，東鄰183下03工作面，西鄰183下05工作面，南至設計停采線，工作面上方為183上04采空區。工作面推進長度1751.80m，凈面長300m，煤層厚度為1.60～5.40m，平均厚度3.50m。

工作面基本頂為細砂巖及中砂巖，厚度為9.85～30.63m，平均厚度為15.52m。直接頂為粉砂巖，厚度為0～2.0m，平均厚度1.20m。基本底為粉砂巖，厚度為5.17～15.00m，平均厚度為10.52m。直接底為泥巖，厚度為0～1.35m，平均厚度為0.70m。

地層整體為一南北高中間低，向西傾伏的向斜構造，局部發育次級寬緩的波狀起伏。工作面共發育18條斷層，均為正斷層，最大落差4.6m，工作面回采接近這些斷層時，在采動作用下，斷層帶巖層發生滑移運動，是礦震的多發區，震動頻次與能量均會上升，因此，此區域的沖擊危險程度也相應增加，應加強監測力度。同時，斷層帶附近頂板相對破碎，應加強頂板管理與支護。

根據3下煤及圍巖沖擊傾向性測定結果，3下煤單向抗壓強度15.99MPa、動態破壞時間54.82ms、沖擊能指數4.93、彈性能指數4.67。沖擊傾向性為：弱沖擊傾向。在一定的煤層賦存條件、地質條件、開采條件、大面積采空區懸頂等條件下，有發生沖擊地壓的危險。

2 沖擊地壓危險程度評價

根據中國礦大對濟三礦183下04工作面沖擊危險性評價論證，結合濟三礦地質及開采條件，分析如下：

（1）183下04工作面標高為-738.6～-783.9m，平均為-761.3m。煤層埋深處于沖擊地壓發生深度，地應力集中區域有發生沖擊的可能。

（2）工作面基本頂為細砂巖及中砂巖，厚度為9.85～30.63m，平均厚度為15.52m。存在厚層堅硬頂板，在一定的開采條件下形成大面積懸頂，容易造成了較大的應力集中。

（3）183下04工作面上方為183上03、183上04采空區，西側3上煤層為183上05、183上06采空區，3上煤層的開采可以對3下煤起到一定的卸壓保護作用，但是由于煤層條件與地質構造的限制，3上煤層工作面并未能對183下04工作面實現完全卸壓保護，3上煤層工作面寬度發生變化時，支承壓力集中程度高，并且向下傳遞，對3下煤的回采影響較大，因此，183下04輔順在回采過程中，應力集中，沖擊危險性高，應加強卸壓與監測。

（4）斷層對沖擊地壓影響較大，特別是未揭露靠近兩巷的隱伏斷層可能存在構造應力，斷層下盤受擠壓影響，容易形成應力集中區域，需要加強監測。

（5）工作面一次見方期間，上覆巖層運動程度加劇，沖擊危險性增加，見方期間應加強監測。

（6）類比其它采區3下工作面的沖擊地壓顯現情況及根據中國礦業大學編制的《濟寧三號煤礦183下04工作面沖擊危險性評估及防沖方案設計》以及依據3下煤及圍巖沖擊傾向性及各種沖擊因素分析，確定此工作面回采期間沖擊危險等級整體評估為Ⅱ級，即為中等沖擊地壓危險。

3 推進過程中的壓力顯現情況

183下04工作面回采期間在工作面推進至130m；145m時出現三次不同程度的沖擊地壓動力顯現，發生時不同程度出現頂板震動掉渣、幫部上端煤矸鼓出、底板開裂、底板有彈起震感、震動點附近巷道煤塵飛揚能見度極低的現象。現場經鉆屑法監測、微震監測均存在沖擊危險，震動能量最大達1.1×105J。隨后工作面臨時停采采取一系列解危措施并制定生產時的特殊管理規定。

4 工作面沖擊地壓解危治理措施

在強沖擊危險區域及中等沖擊危險區域施工大直徑卸壓鉆孔超前預卸壓，回采期間在監測出沖擊地壓危險區域，及時采取大直徑卸壓鉆孔、深孔爆破或水力致裂等方法進行解危卸壓處理。

4.1 超前預卸壓大直徑鉆孔

（1）施工范圍。劃定的強沖擊危險區域0～370m，1100～1240m東西兩幫施工鉆孔，370～1100m區域在東幫施工鉆孔。

（2）鉆孔布置方式。卸壓鉆孔布置在巷道實體煤幫，采用手持式氣動鉆機或履帶式鉆機施工，鉆孔直徑150mm，鉆孔深度為15m（或見巖石）。鉆孔單排布置，垂直于巷幫，距巷道底板高度1.5m左右，布置在煤層中，鉆孔間距為2m。

4.2 回采期間解危措施

（1）大直徑卸壓鉆孔。如通過微震、應力在線或鉆屑法監測有沖擊危險時，在沖擊危險區域，采用手持式氣動鉆機或履帶式鉆機，配合直徑為110mm或150mm鉆頭施工卸壓鉆孔，垂直于巷幫，間距不大于2m，鉆孔深度為15m（或見巖石），鉆孔距底板1.2m左右，單排布置。

（2）煤體爆破卸壓。因現場條件限制大直徑卸壓鉆孔無法施工或鉆孔卸壓效果無法滿足解危要求時，將采用煤體爆破卸壓。爆破卸壓孔布置在巷道幫部，每隔3～5m布置一個，爆破卸壓孔直徑42mm，距底板1.0～1.3m。

爆破孔的孔深一般要求等于或大于3.5倍采高或巷道高度，一般取8～12m；爆破孔布置及裝藥量一般根據眼深等具體條件而定，孔間距一般取3～6m，每孔裝藥長度一般為孔深的40%，炸藥采用煤礦許用水膠炸藥，剩余炮眼長度全部用水炮泥和粘土炮泥封口，裝藥采用塑料軟管防護式反向裝藥，每孔均勻布置3個同段毫秒延期電雷管，孔內并聯連線，每次只能起爆一個炮眼。

（3）水力致裂。卸壓鉆孔采用普通地質鉆機施工，施工過程中記錄鉆進過程中每米鉆孔巖性的變化情況及施工過程中的動力現象和其他特殊情況。

回采期間經過鉆屑法等沖擊地壓監測方法監測有沖擊危險時，采用大直徑卸壓鉆孔或煤體爆破卸壓無法達到解危效果時，可對輔順或膠順危險區域實體煤側進行頂板致裂卸壓，始終保持超前工作面煤壁80～100米范圍。鉆孔直徑48～54mm，鉆孔垂直或與頂板水平夾角85°，孔深以基本頂厚度為基準，孔間距10-15m，確保孔深應達到基本頂中上部。每孔致裂時間不低于10分鐘、不大于30分鐘。解危處理后，必須采用鉆屑法進行效果監測，無法利用鉆屑法進行效果檢驗時，可采用應力在線監測法及微震系統監測法進行效果監測。