傾斜中厚煤層掘進工作面沖擊地壓防治研究

孫錦華

摘? 要：該文以峻德煤礦三水平北21層三四區一段切眼掘進沖擊地壓事故為背景，分析了上層煤遺留煤柱與該工作面寬區段煤柱疊加誘發掘進工作面沖擊地壓的機理，提出了事故工作面恢復生產的沖擊地壓監測預警及卸壓解危方案，現場監測結果表明，制定的沖擊地壓防治方案效果較好，有效保障了事故掘進工作面的安全復產。

關鍵詞：堅硬頂板? 掘進工作面? 煤柱? 高應力

中圖分類號：TD324.2 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（b）-0034-02

龍煤集團各生產礦井以開采中厚煤層為主，多數礦井為煤層群開采，鶴崗、雞西、七臺河、雙鴨山集團公司下屬礦井先后發生沖擊地壓事故，嚴重威脅企業發展，威脅員工生命。峻德煤礦為多煤層聯合開采，為龍煤集團沖擊地壓災害最嚴重的礦井，三水平北21層三四區一段恢復生產及安全開采為集團公司中厚煤層沖擊地壓防治提供了借鑒作用，多數成果可以推廣應用。

1? 工作面簡介

工作面位置及周邊關系如下。

三水平北三四區21層三四區一段切眼上部標高-224.2，下部標高-303.25，設計走向長度1637m，長度169m，傾角31°，煤厚3.4m。切眼斷面12.4m2，凈高3.1m，凈寬4.0m，采用錨網索支護。煤層直接頂為13m的灰白色細砂巖，老頂為60m的灰白色中砂巖，底板為8.5m的灰色粉砂巖。

2? 沖擊地壓事故概況

2016年9月25日3時26分，峻德煤礦北三四區21層一段切眼突發沖擊地壓。事故發生后，三水平北三四區21層一段切眼上部有34.5m被實體幫煤體整體移動后堵嚴，造成5人遇難。

3? 沖擊機理分析

3.1 掘進工作面周圍煤柱分布情況

根據三水平三四區北21層一段工作面同層煤及上、下層煤開采情況分析，切眼周圍存在3塊對其影響較大的煤柱，分別為切眼與北部同層煤采空區之間的15m煤柱;切眼北部13.9～31.2m的二水平北三四區17層二段對采煤柱;切眼向南101m，回風道向下15m至回風道向下32m的二水平北三四區17層一段和二水平北三四區17層二段階段煤柱。

3.2 切眼沖擊地壓發生機理

綜合分析，此次事故是外力場與內力場的共同作用。17層煤遺留煤柱集中應力為主、區段煤柱應力-自重應力-相鄰采動應力、構造應力為輔形成的內、外力場為沖擊地壓事故的發生提供“力源”。該切眼卸壓強度和支護強度不足，形成“弱結構”。在內、外應力場的耦合疊加作用下，切眼附近形成高應力場，在高應力場的作用下，“弱結構”失穩造成沖擊。

4? 切眼恢復生產防沖方案

4.1 監測預警方案

三水平北三四區21層一段切眼掘進工作面按強沖擊危險工作面進行管理，切眼恢復和掘進期間主要采用SOS微震監測系統、KJ550應力在線監測系統進行監測，當監測數值超過警戒值時，采用鉆屑法進行檢驗，如檢驗超過臨界值時立即進行解危卸壓，確認無沖擊危險再恢復生產。

4.1.1 SOS微震監測方案

三水平北21層一段切眼附近共安裝9個拾震儀，對掘進工作面進行監測，鑒于該工作面發生8.22E+04J震動事件時發生沖擊地壓事故，該面預警值定為8.0E+03J。

4.1.2 KJ550應力在線監測方案

三水平北21層一段開切眼安裝一套應力在線監測系統，回風道安裝在下幫，組間距25m，每組兩個應力計，深度分別為6m、11m;切眼應力計安裝在軟、硬幫煤體中，組間距25m，硬幫安裝2個，深度分別為6m、11m，軟幫安裝1個，深度8m，隨著工作面向前推進及時安設，實時對工作面超前影響區進行監測。切眼掘進工作面初始安裝值定在6MPa，臨界值定在8MPa。切眼恢復時，一組及以上紅色預警停產、卸壓，兩組及以上黃色預警+鉆屑量超限或動壓明顯時停產、卸壓。

4.2 防沖卸壓方案

4.2.1 回風道應力探查

回風道破閉后，首先對回風道兩幫進行應力探測，共施工19個鉆孔，其中上幫施工12個，長度12m;下幫施工7個，長度15m。經過探查無沖擊危險，由掘進隊對回風道進行維修維護。

4.2.2 切眼沖擊段恢復方案

切眼恢復時，在恢復迎頭及迎頭后部每天在軟、硬幫各施工一個探測鉆孔，迎頭后部探測鉆孔滯后工作面6m。迎頭探測鉆孔長度12m（軟幫探測鉆孔距采空區2～3m），與巷道夾角成45°，如無動力現象、煤粉量不超，此孔不進行爆破，有動力現象進行爆破卸。后部硬幫探測鉆孔孔深25m，軟幫探測鉆孔孔深10m，垂直巷道兩幫施工，鉆孔施工完后，裝3kg火藥進行爆破。

4.2.3 實體煤段巷道卸壓掘進方案

為保證掘進安全，恢復至實體煤段后，先對煤體進行大孔徑卸壓，鉆孔按扇形布置7個鉆孔，對實體煤段全面卸壓;卸壓后采用邊恢復邊治理方式進行施工，每掘進1.5m對兩幫及迎頭卸壓一次，保證新掘巷道和將要掘進巷道在能夠保證生產的安全區域。

（1）兩幫卸壓。

在巷道兩幫每1.5m施工一個鉆孔，垂直兩幫施工，孔徑Φ113mm，硬幫鉆孔孔深25m，軟幫鉆孔12m。

（2）超前探測鉆孔。

軟、硬幫超前探測鉆孔長度10m，方位與硬幫夾角45°（終孔在巷道巷道輪廓線測7m），如無動力現象不進行爆破，如有動力現象，裝3kg火藥進行爆破。

4.2.4 下部切眼恢復卸壓方案

下部切眼恢復卸壓方案與上部切眼恢復卸壓方案一致。

4.3 現場監測結果

本著安全第一的原則，嚴格按防治方案施工，恢復和掘進期間微震SOS監測系統共接收震動653個，總能量5.3E+4J，其中四次方震動1次，三次震動1次，最大能量4.9E+4J，四次方震動發生在距切眼257m采空區側，分析認為經過卸壓和恢復，導致采空區深部頂板活動。切眼恢復和掘進期間施工各類鉆孔329個，延綿5562m，恢復至安裝結束，工作面未有礦壓顯現，保證了安全生產。

5? 結語

該文以峻德煤礦三水平北21層三四區一段切眼掘進沖擊地壓事故為背景，分析了上層煤遺留煤柱與該工作面寬區段煤柱疊加誘發掘進工作面沖擊地壓的機理，提出了事故工作面恢復生產防沖方案，現場監測結果表明，制定的沖擊地壓防治措施效果較好，有效保障了事故掘進工作面的安全復產。

參考文獻

[1] 王存文，姜福興，王平，等.煤柱誘發沖擊地壓的微震事件分布特征與力學機理[J].煤炭學報，2009，34（9）：1169-1173.

[2] 竇林名，何學秋.沖擊地壓防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001：88-97.