大采高綜采工作面沖擊地壓防治技術初探

王斯晨

【摘 要】針對羊場灣煤礦大采高綜采工作面回采過程中幾次沖擊地壓發生的特點和規律，論文分析了該礦的地質情況和開采條件，提出了對沖擊地壓的綜合治理措施。

【Abstract】In view of the characteristics and laws of several times of rock burst in the process of mining in full-mechanized mining face with large mining height of Yangchangwan Colliery， the paper analyzes the geological situation and mining conditions of the mine， and puts forward the comprehensive control measures for rock burst.

【關鍵詞】煤礦;沖擊地壓;治理措施

【Keywords】coal mines; rock burst; control measures

【中圖分類號】TD324;TD263 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2019）11-0154-02

1 羊場灣煤礦沖擊地壓發生的特點和規律

1.1 沖擊地壓情況

沖擊地壓是煤礦開采過程中典型的動力災害之一，其沖擊強度和危險性隨著礦井開采深度不斷增加而逐漸增強[1]。其發生原因極其復雜，影響因素眾多。羊場灣煤礦首次發生明顯的沖擊現象是在2018年2月11日，13采區130204綜采工作面，該工作面已推進640m，平均采深560m。沖擊地壓造成回風巷自工作面向巷口300m范圍底鼓達1.7m。在此面回采過程中，又多次出現沖擊地壓現象，給工作人員的作業安全帶來嚴重威脅[2]。

2019年4月19日，羊場灣煤礦綜采三隊回采該煤層下延6面，即130206綜采工作面，此時該工作面地面標高+1423.88m，上巷標高+860.58m，下巷標高+814.55m。上巷自工作面向巷口方向發生沖擊地壓，導致巷道自工作面向外300m范圍內底鼓1.2m，頂板下沉0.6m，兩幫幫鼓嚴重，巷道剩余高度不足2m;此后回采過程中又發生兩次沖擊地壓，導致巷道幫鼓加劇，頂板下沉量最大達1.2m，底鼓最大達1.8m，巷道高度不足0.8m，寬度不足2m。工作面正常通風受到嚴重影響。

1.2 沖擊地壓發生的特點和規律

開采深度分析：13采區2煤平均厚8m，平均埋深664m，煤層傾角10～25°，隨著采深增加，13采區03、04、05、06工作面都發生了沖擊地壓，沖擊強度逐漸增加。

煤巖性質分析：2煤為條帶狀結構，層狀構造，偽頂巖性為炭質泥巖，直接頂巖性為粉砂巖、細砂巖，老頂為粗砂巖、粉砂巖，直接底為粉砂質泥巖、細砂巖，裂隙較發育。2煤的煤質較硬，單軸抗壓強度19.2MPa，彈性模量1.76GPa;老頂（粗砂巖）單軸抗壓強度24.45MPa，彈性模量4.09GPa;直接頂（粉砂巖）單軸抗壓強度66.5MPa。

2 支承壓力分布規律

長壁工作面正常開采前后方的應力分布如圖1所示，煤壁前方一定距離處支承壓力達到峰值，向煤層深處支承壓力逐漸趨于原巖應力，煤壁后方采空區應力逐漸增大至原巖應力。煤壁前方支承壓力最大值σmax與原巖應力σ0比值k為應力集中系數，反映超前支承壓力集中程度。

羊場灣煤礦13采區二煤工作面超前支承壓力分布情況與寧東礦區回采二煤煤礦的分布情況類似。130206工作面在距開切眼310m、312m、316m觀測斷面安裝柔性探測單元，用于監測工作面前方支承壓力變化與工作面推進距離關系（如圖2，3，4）。

距工作面60～80m，支承壓力開始逐漸增大，直至到達峰值后降低，工作面支承壓力曲線呈不規則拋物線形狀，峰值左側煤體處于彈性壓縮狀態，峰值右側煤體處于塑性壓縮狀態，應力集中系數K為2.5～3。塑性區域煤體已壓酥破壞，礦山壓力顯現較大。工程現場中該區域巷道變形較劇烈，與支承壓力分布特征相互吻合。

支承壓力影響范圍在60～80m，其中，塑性區范圍在20～30m，塑性區煤體已壓酥破壞，為工作面煤體的沖擊彈射充當保護帶，發生沖擊破壞的可能性很小，工程現場中，工作面煤體一直未發生沖擊彈射，符合推斷結果。

工作面前方30～60m內煤體處于彈性應力狀態，煤體內存在較大壓縮彈性能，對底板有較大壓縮作用，有可能會導致底板巖體屈曲破壞，工程現場中該區域震動頻率高、巷道頂底板破壞程度嚴重。

3 沖擊地壓綜合治理措施

13采區二煤中幾個工作面沖擊地壓的特點說明該礦沖擊地壓屬煤體壓縮沖擊型，綜合治理措施如下。

①強化超前支護：工作面超前支護分為三部分：第一部分為工作面前方60m范圍，采用3.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁四柱”長鋼棚與2.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁二柱”短鋼棚聯合支護，長鋼棚與短鋼棚排距為0.5m;第二部分為工作面前方60～80m，采用3.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁三柱”鋼棚支護;第三部分為工作面前方80～100m，采用3.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁二柱”鋼棚支護。在超前支護范圍內的所有單體支柱都需要穿鐵柱鞋，防止支柱鉆底，保證支柱支撐有力。

②修復損壞巷道：超前內風巷下幫鋪設一部40T刮板輸送機，使用一臺巷道修復機和鋪設的刮板輸送機配合對巷道底鼓范圍對地坪進行破除和起底，以保證巷道斷面符合回風要求。

③對風巷頂板進行預裂爆破卸壓：自切眼向外300m至措施巷范圍實施頂板預裂爆破。預裂爆破分別針對工作面頂板及相鄰采空區懸露頂板。工作面側頂板預裂爆破：每隔20m布置一鉆場，每個鉆場施工3個孔，孔徑79mm，孔深25m，孔口距巷幫1m，爆破后及時對鉆孔孔口進行封堵。三個鉆孔垂直于巷道走向，仰角分別為40°、55°、75°。各孔裝藥均為24kg（凈重），封孔長度均不小于10m。三個孔采取一次裝藥、一次起爆方式進行爆破。煤柱側懸露頂板預裂爆破：每隔10m布置1個孔，孔徑為79mm，孔深為25m，孔口距巷幫1m，爆破后及時對鉆孔孔口進行封堵。鉆孔垂直于巷道走向，仰角為75°。每鉆孔裝藥為24kg（凈重），封孔長度不小于7m。采取一次裝藥、一次起爆方式進行爆破。工作面回采期間，頂板預裂爆破超前煤壁300m進行。

④對風巷煤幫施工大直徑鉆孔卸壓：在工作面巷道兩幫布置鉆孔，鉆孔直徑133mm，孔間距2m（每兩排錨桿間施工一個孔），孔深20m，距巷道底板1.5m。鉆孔垂直煤壁，平行于煤層方向。

⑤進行礦山壓力觀測，以便及時了解礦壓變化情況。同時，通過運用鉆屑法評估巷道沖擊危險性。

4 結論

羊場灣煤礦13采區二煤的沖擊地壓大都發生在上巷超前支承壓力集中區，屬于煤體壓縮沖擊類型。通過應用加強支護、巷道修復、頂板預裂爆破、幫部大直徑鉆孔卸壓等方式，杜絕了沖擊地壓的發生，實現了安全生產。

【參考文獻】

【1】齊慶新，竇林明.沖擊地壓理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

【2】陸振裕，竇林名，徐學鋒，等.鉆屑法探測巷道圍巖應力及預測沖擊危險新探究[J].煤炭工程，2011（01）：80-82.