開灤唐山煤礦沖擊地壓防治實踐

蘇衛東

(開灤能源化工股份有限公司，河北 唐山 063018)

0 引言

唐山煤礦隸屬開灤集團，設計生產能力420萬t/a，核定生產能力300萬t/a，1878年建井，1881年投產，距今已有142年的歷史。唐山煤礦位于開平煤田西北翼的西南端。井田內主要構造復雜，由北向南依次排列著5條主斷層，其斷層走向與地層走向基本平行。礦井主要生產煤層有5號煤層、8號煤層和9號煤層(8、9大部分為合區)。5號煤層均厚2.45 m，8號煤層平均厚度3.21 m，9號煤層平均厚度6.63 m，8、9號煤層合區部分平均厚度達9.84 m。2018年度礦井瓦斯等級鑒定結果為高瓦斯礦井，相對瓦斯涌出量為5.26 m3/t，絕對涌出量為41.84 m3/min。

2019年8月2日，礦井風井煤柱采區5號煤層發生一次沖擊地壓事故。岳胥區和南五采區未發生沖擊地壓事故，現已恢復生產?；謴蜕a采區與風井煤柱采區的水平間距在3.5 km以上，中間為采空區。現生產區域為岳胥區首采區西南翼9號煤層，南五采區5、9號煤層。目前礦井采煤工藝主要為走向長壁綜合機械化采煤、綜合機械化放頂煤開采工藝?；謴蜕a的采煤工作面為0253和Y394采煤工作面；恢復生產的掘進工作面為Y250-1溜子道、0252運煤邊眼、0060運煤巷和南五運輸巷(巖巷)。

1 沖擊地壓防治技術

1.1 調整礦井開拓布局

開采布局優化：研究和經驗表明，開拓開采布局不合理是造成沖擊地壓的重要因素之一[1-3]。不合理的開拓開采布局一經形成就難以改變，易造成應力集中與疊加，到工作面開采時只能采取局部措施，耗費很大且效果有限，合理的開拓開采布局是防治沖擊地壓的有限區域預防措施。

降低開采強度：降低開采強度是防治沖擊地壓最直接有效的治理方法[4-6]。唐山煤礦調整了礦井生產定位及開采布局，對風井煤柱采區隔離處理，繼續停產，并加強監測和人員準入管理，減少同時采掘作業線數量，降低礦井生產能力和工作面產量。在調整礦井開拓的基礎上，唐山煤礦重新調整礦井生產定位，降低礦井產能，核定生產能力由420萬t/a核減為300萬t/a。降低工作面開采強度，不僅可以有效減緩上覆巖層下沉的影響，實現礦山壓力和圍巖積聚能量的穩定緩慢釋放，更為重要的是，降低開采強度，為防沖措施實施騰出了時間和空間，進一步提高了礦井防沖工作的安全保障能力。

1.2 優化工作面布置

調整采掘順序：調整并優化采掘接續和開采順序，避開采掘擾動影響，做到“一面一評價一設計一措施”。嚴格落實工作面沖擊危險性評價與防沖設計的要求，確定采煤工作面的安全推進速度4刀為3.5 m/d。

強化工作面防沖：在礦井防沖規劃和開拓布局調整的基礎上，對工作面布置進行優化調整。從工作面順序開采避免“孤島”，確保合理錯距避免相互擾動[7-9]，避免設計巷道群和交叉巷道確定合理開采強度等方面，超前預防沖擊地壓的發生。

調整生產模式：減少采煤工作面同時開采數量，推行“一井兩面”生產模式。

1.3 調整后的采區與工作面布置

依據南五采區沖擊危險性評價和防沖設計要求，調整原南五采區設計，主要有以下4個方面。

采區生產系統布置層位調整：設計采區0060主運、0080軌道、0043回風的3條下山均布置在無沖擊危險的巖層中。5、8、9號3個煤層采用聯合布置。

取消部分西翼工作面：南五-950 m水平以下采用單翼開采布置，將原設計的西翼0255、0293、0295、0297工作面取消，僅設計東翼部分。西翼部分剩余儲量待系統回收一起考慮并設計。

調整工作面走向：東翼工作面方向與9號煤層不一致，存在銳角夾角，與采區巷道系統不垂直，存在銳角夾角，停采線位置呈階梯狀，沖擊危險性較高。將原設計工作面走向方向調整為與8、9號煤層方向一致，與巷道系統基本垂直，停采線保持一致。

調整停產線：巷道系統布置間距30 m以上，對停產線進行調整，保證巷道保護煤柱留設不小于120 m。對采區系統巷道進行設計優化，優化0252工作面生產系統巷道，優化水倉水平標高及位置。設計5、8、9號3個煤層工作面連接的集中斜石門，工作面傾斜長度全部調整為斜長150 m。

2 沖擊地壓預測預報及解危措施

2.1 沖擊地壓預測預報

區域監測方案：唐山煤礦沖擊地壓區域監測方案為ARAMIS M/E微震監測系統拾震器布置方案和煤礦微震監測系統傳感器布置方案。目前，KJ768煤礦微震監測系統正常運行，沖擊地壓微震監測臨界指標正常。ARAMIS M/E微震監測系統正常運行，沖擊地壓微震監測臨界指標正常。

局部監測方案：局部監測方法主要包括鉆屑法、在線應力監測法、電磁輻射法、礦壓監測法等4種[10]。其中，KJ216B在線應力監測系統(礦壓監測一體)共2套，分別安裝在0253和Y394采煤工作面；電磁輻射監測儀3套，鉆屑法施工鉆機40臺套以上。

應力在線監測法：應力在線監測采用KJ216B監測系統，與工作面支架阻力和頂底板移近量一體化監測。Y394工作面風道布置17組測點共34只圍巖應力傳感器，溜子道布置15組測點共30只圍巖應力傳感器。0253工作面風道布置1組測點共2只圍巖應力傳感器，溜子道布置1組測點共2只圍巖應力傳感器。

監測預警：礦井配備了ARAMIS M/E、KJ768微震監測系統、KJ216B在線應力監測系統(礦壓監測一體化)、YDD16和KBD5電磁輻射儀等，制定了沖擊地壓危險性監測制度、監測預警臨界指標及處置措施、調度處置制度和預警處理結果反饋制度等，為沖擊地壓區域和局部聯合監測預警奠定了基礎。

卸壓解危治理：在沖擊危險性評價和防沖設計報告的基礎上，對礦井中等及以上沖擊危險區域進行了卸壓治理，主要采用煤層卸載爆破卸壓。

卸壓治理效果檢驗：在對中等及以上沖擊危險區域實施爆破卸壓治理后，采用鉆屑法進行檢驗，對超過鉆屑量臨界值的區域進行二次卸載爆破治理，并采用鉆屑法檢驗確認消除沖擊危險。

2.2 沖擊地壓解危措施

煤層大直徑鉆孔卸壓：大直徑鉆孔卸壓是利用鉆孔方法消除或減緩應力顯現危險的解危措施[11]。此法基于施工鉆屑法鉆孔時產生的鉆孔沖擊現象。鉆進愈接近高應力帶，由于煤體積聚能量愈多，鉆孔沖擊頻度越高，強度也越大，但鉆孔沖擊時煤粉量顯著增多。因此每一個鉆孔周圍形成一定的破碎區，當這些破碎區互相接近后，便能使煤層破裂卸壓。鉆孔卸壓的實質是利用高應力條件下，煤層中積聚的彈性能來破壞鉆孔周圍的煤體，使煤層卸壓、釋放能量，消除沖擊危險。

煤層深孔爆破卸壓：煤層深孔爆破卸壓是對具有應力顯現危險的局部區域，用爆破方法減緩其應力集中程度的一種解危措施[12-15]。通過鉆屑法檢測煤體的應力情況，如果煤粉量超過規定的指標，則認為該位置具有沖擊危險。通過多個煤粉鉆孔，圈定已形成沖擊危險的區域。在確認已形成沖擊危險的區域，以一定的爆破參數實施卸載爆破。在卸載爆破后，采用煤粉鉆孔等方法在爆破孔周圍一定區域內檢測爆破的卸載效果(或事先埋設鉆孔應力計)。如果煤粉量指標低于沖擊危險值，即認為煤層已達到了卸載的效果，否則說明煤層仍具有沖擊危險，應實施二次卸載爆破。

3 結語

個體防護措施在沖擊地壓防治過程中應時刻落實到位。在強沖擊危險區的人員，必須配戴好防沖頭盔、穿防護服，戴隔離式自救器，兩順保持壓風管路正常供風，并按要求安設壓風自救裝置。除采取上述優化措施外，沖擊地壓危險區應加強支護，即傾角大于25°煤層的巷道上幫增加錨索支護；加強沖擊危險區域巷道圍巖加密打設U型棚支護，巷道高幫增加錨索支護。唐山煤礦目前暫定綜放工作面推采速度不大于3.5 m/d，停采前150 m開始，并根據微震法、鉆屑法、應力法等的監測結果，合理調整工作面的推采速度。