綜放工作面回采巷道防沖擊地壓技術實踐

仝 佳

（山西陽泉煤業集團有限公司安監局 ，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

某礦四水平北11層1-3區二段工作面，位于四水平中部區二段，主采11#煤層，煤層均厚6.86m，平均傾角為23°，煤層上方偽頂為細砂巖，均厚0.83m，直接頂為中砂巖，均厚9.47m，基本頂為粗砂巖，均厚32.75m，直接底為細砂巖，均厚5.6m；工作面傾斜長度為137m，走向長度為530m，采用綜采放頂煤采煤工藝進行回采作業，設計采高2.6m，該工作面上段為采空區，工作面與上段采空區間的煤柱寬度為5～10m。

目前該礦在開采四水平時在11層工作面掘進和回采期間發生4次沖擊地壓，17-1層工作面掘進和回采期間發生8次沖擊地壓。根據沖擊傾向性的研究和測定分析，得出四水平北11層1-3區二段工作面具有強沖擊傾向性，且在運輸巷和回風巷轉采處最易發生沖擊地壓，故對于工作面的轉角區域，必須進行有效監測并實施恰當的防沖技術。

2 沖擊地壓監測技術

根據四水平北11層1-3區段二段工作面的地質情況，對該工作面采用的沖擊危險程度預測預報的監測方法包括：點監測、局部監測和區域監測，這三種監測方法相互配合，其中區域監測采用SOS微震監測，局部監測采用電磁輻射監測，定點監測包括巷道圍巖變形量、支架的工作壓力和縮量監測、鉆屑法，具體工作面的監測技術體系如圖1所示。

圖1 工作面沖擊地壓監測技術體系

1）SOS微震監測系統。根據微震拾震器的布置原則[1-2]，并結合該礦的巷道布置，對四水平北11層1-3區段二段工作面進行有效分區，依據工作面開切眼、上下順槽和停采線為界，在此基礎上向外延伸200m的范圍，在進行有效的分區后，即可對各參量在一定時間內的變化規律進行統計分析，從而對不同地質、開采條件下的微震規律進行研究分析，將研究結果應用于強礦壓危險的監測預警，在工作面回采期間通過進行SOS微震監測能夠有效的反映出工作面回采過程中的震動分布狀態，從而對有效對工作面礦壓防治區域進行游俠的判斷，同時能夠對防治效果進行有效的檢驗。

2）電磁輻射法監測。在工作面運輸順槽和回風順槽的上幫位置處，對工作面向外10m～110m的范圍進行監測，每條巷道布置12個監測點，監測點間的間距為10m，具體電磁輻射監測的方式如圖2所示。監測人員應對監測數據及時進行處理，若發現數據有超限時應及時采取鉆屑法進行校核，若根據分析結果得出存在沖擊危險時應及時采用措施進行治理。

圖2 電磁輻射監測示意圖

3）鉆屑法監測。在進行該項監測作業時，應按照施工要求在回采巷道內的兩幫布置監測點，通過對鉆孔內的每米煤粉量、打鉆過程中有無吸鉆、卡鉆、煤粉顆粒的變化等情況進行綜合分析，從而有效的確定出應力的大小，并對工作面的強沖擊礦壓的危險程度進行預估。

3 防沖擊地壓技術

根據相關沖擊地壓的理論研究可知[3-4]，通過對煤巖進行預卸壓能夠有效的降低發生沖擊的概率。對煤巖預卸壓主要包括煤巖預卸壓、煤層預卸壓、頂板預卸壓三種形式，其中煤巖預卸壓能夠有效的提升煤巖層對震動的衰減系數，煤層預卸壓能夠有效的降低煤層的沖擊性能，提升煤層破壞時的能量，頂板預卸壓會有效的縮短基本的周期來壓步距，降低震源破壞時的能量。為了保證工作面轉采附近的安全，提出在工作面回采前對煤層進行注水、大直徑鉆孔卸壓作業，在工作面的回采期間對底板和煤體進行卸壓爆破，對頂板進行深孔爆破，綜合運用這些措施來保證工作面的安全回采。

3.1 回采前防沖擊地壓預處理措施

3.1.1 煤層注水

根據工作面的具體情況，在回采前采取煤層注水措施，以此弱化煤體，降低應力集中，釋放壓力，降低沖擊地壓發生的可能性，煤層注水施工時具體包括三個鉆注水孔、注水孔封堵和注水孔注水三項工序，當注水孔打設完畢后，采用風封孔器進行有效封孔作業。

在工作面超前200m的范圍外對煤層進行動壓注水作業，具體工作面的動壓注水孔的布置參數如下：在回采巷道煤柱幫側布置動壓注水孔，設置孔深20m，孔間距為15～20m，注水孔的直徑為65mm，對注水孔距孔口10m范圍內進行有效的封孔，在對注水孔進行注水作業時控制注水壓力在8～13MPa，具體工作面煤層注水孔布置如圖3所示。

圖3 回采巷道注水鉆孔布置位置示意圖

當動壓注水作業注水滿30h后，在工作面前方50～200m的范圍內進行靜壓注水作業，并在注水過程中對煤體的含水率進行效果檢驗，當煤體內的含水率達到要求后即可停止注水。

3.1.2 大直徑鉆孔卸壓

根據相關理論可知，工作面前方100m的范圍內均會受到超前支承壓力的影響，在超前壓力的影響區域內發生礦壓顯現的概率較大，因此應對該區域進行重點防治，在回采工作面設備設備安裝前，在工作面回風巷和運輸巷內進行一次大直徑鉆孔卸壓作業，具體工作面大直徑卸壓鉆孔的布置參數如下：

工作面回風巷內在實體煤側在距離底板1.2m的位置處單排布置卸壓鉆孔，設置孔深15m，孔間距為2m，孔徑大于100mm；煤柱側單排布置卸壓孔，設置孔深10m、孔徑大于100mm，鉆孔距離底板的高度為1.2m。

工作面運輸巷實體煤側的卸壓鉆孔的布置形式與回風巷實體煤側相同，煤柱側在距離底板高1.2m的位置處單排布置鉆孔，鉆孔間距2m，設置孔深4m，孔徑大于100mm。

工作面運輸巷和回風巷大直徑卸壓孔布置形式如圖4所示。

圖4 大直徑鉆孔布置位置示意圖

3.2 回采期間沖擊危險治理措施

3.2.1 煤體及底板卸壓爆破

在工作面回采期間，每日均利用電磁輻射結合鉆屑法對工作面進行有效監測，通過微震、電磁輻射和鉆屑等監測數據對工作面的危險區域進行有效的劃分，從而進一步的對應力的集中區域進行卸壓爆破處理，釋放煤體內的彈性能，在監測數據分析出的危險區域前后100m的范圍內進行煤體卸壓爆破，煤體卸壓爆破時回風巷和運輸巷實體煤幫上垂直與煤幫打設10m的鉆孔，鉆孔直徑為42mm，在鉆孔孔底6m的范圍內裝入爆破藥卷，在孔口3～3.5m的范圍內用炮泥進行有效封孔，卸壓爆破孔的間距為5m。

在工作面回采期間對于底板出現嚴重底鼓的區域，在煤體兩幫進行卸壓爆破的基礎上再進行底板卸壓爆破，在底鼓嚴重區域前后共100m的范圍內，沿著巷道的中線方向在兩回采巷道內打設底板爆破孔，孔間間距2m，鉆孔深度在8～10m的范圍內，設置鉆孔直徑為42mm，單孔裝藥量為3kg，運用速凝水泥隊孔口4m的范圍進行封孔作業。

具體監測異常區域的實體煤幫卸壓爆破鉆孔的布置位置和底鼓嚴重區域的底板卸壓爆破的鉆孔的布置位置如圖5所示。

圖5 卸壓鉆孔位置和形式示意圖

3.2.2 頂板深孔爆破

在對工作面回采前和回采過程中采取上述處理措施之后，通過各種檢測檢測手段對卸壓區域的卸壓效果進行有效的檢驗，若該區域仍存在著較高的沖擊危險性時，則需對危險區域的頂板進行深孔爆破，對采空區的懸頂進行有效的處理，降低煤體內的應力集中，從而減小對巷道圍巖的礦震動載程度。

頂板進行深孔區域主要為超前工作面250～300m的范圍和通過監測分析出的危險區域前后各50m的范圍內，在進行深孔爆破時設置鉆孔直徑為65mm，在距煤壁約1.5m的頂板上布置鉆孔，鉆孔間沿著工作面的推進方向的間距為15～20m，孔深為30～40m。

3.2.3 轉采區域加強支護

在保證了巷道的支護強度和支護質量時，同時還需保證有一定程度的讓壓，讓周圍圍巖體的能量能夠有效的釋放，在轉采區域加大錨索的直徑和長度，提升巷道的支護強度，并對錨桿的支護質量進行有效的監測。

4 防治技術效果

在四水平北11層1-3區二段工作面采用上述防沖擊地壓的措施后，并對處理后的危險區域進行鉆屑檢驗，根據檢驗結果知本次設計的防治沖擊礦壓的方案體系，能夠對監測分析得出的危險區域進行有效的解危，在現場工作面回采期間，未出現沖擊礦壓現象。