胡家河煤礦創新沖擊地壓防治管理“三步走”措施

田曉兵 焦 彪

（陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 咸陽 713600）

1 胡家河煤礦沖擊地壓概況

胡家河煤礦位于彬長礦區中北部，地處彬州市、長武縣交界地帶，屬長武縣轄區。礦井4#煤層經鑒定具有強沖擊傾向性，評價具有強沖擊危險性。

胡家河煤礦堅持“區域先行、局部跟進、分區管理、分類防治”的防沖原則，通過優化采掘布局，形成了“一井三區、一區一面、分區開采”的“一采一備一掘”、“三區聯動”的采掘生產布局，從工作面設計源頭上解決了多個不利于防沖的因素。同時采取大孔徑鉆孔、卸壓爆破、煤層注水等措施，改變采場及巷道周圍煤巖體的物理力學性能，減弱積聚彈性能的能力和彈性能釋放的速度。

礦井采用微震法、地音法、礦壓觀測法、應力在線監測法、CT 反演法等沖擊地壓監測手段，建立了區域與局部相結合的監測體系，采用微震監測法、多參量綜合預警指標法進行效果檢驗，實現分級分區預警管理。

礦井在采取“多參量時空監測預警”和“大孔徑鉆孔+爆破卸壓+煤層注水”雙輪驅動監測防治體系的基礎上，創新出采掘工作面沖擊地壓防治“三步走”措施。

2 胡家河煤礦沖擊地壓防治管理“三步走”措施

2.1 回采工作面“三步走”措施

2.1.1 “多元化、大數據”預測預報及評價

（1）采用微震法、地音法、應力監測法等“區域+局部”、“動載+靜載”的“多元化”監測手段對工作面沖擊危險性進行預測預報。

（2）以“大數據”條件下的多參量綜合預警方法為基礎，構建多參量時空監測預警平臺，總結“12345”監測預警思路（“1 個中心”即以沖擊地壓存在的前兆信息根源為中心；“2 類設備”即布置區域和局部2 類監測設備；“3 種形式”即以監測數據統計分析、煤巖體移近變化量、鉆孔施工延米應力變化為形式；“4 種變化”即內因變化、外因變化、震源機制變化和損傷與能量釋放的周期變化；“5個指標”即活動性多維指標、沖擊變形能指標、時空強多維信息指標、地音預警指標和支架礦壓預警指標）。

（3）“可視化”分級分區預警管理，從沖擊地壓預警云圖得出周期來壓位置、步距等，從沖擊變形能空間預警云圖得出危險等級、范圍等信息，指導防沖措施的落實。

2.1.2 “三卸、一注、一減”防沖解危程序

（1）“三卸”：頂板、幫部及底板卸壓。

① 頂板預裂爆破

在頂板距離幫部1.5 m 處開口，孔深45 m，孔徑75 mm，傾角75°，裝藥量40 kg，裝藥長度14.5 m，封孔長度30.5 m，超前工作面200 m 施工，使用串聯連線正向裝藥，采用“導爆索+雷管+起爆器”連接起爆，躲炮距離不小于300 m，躲炮時間不少于半小時。頂板預裂爆破孔示意圖如圖1 所示。

圖1 頂板預裂爆破孔示意圖

② 幫部大孔徑鉆孔

幫部卸壓孔垂直巷幫超前工作面200 m 施工，開孔高度距底板1.5 m，孔深15 m，孔徑113 mm，傾角0°，封孔長度3.0 m，孔間距1.4 m。

③ 底板和兩底角大孔徑鉆孔

底板卸壓孔布置在底板中間，底角卸壓孔布置在兩底角處，均超前工作面200 m 施工，孔深10 m，孔徑113 mm，傾角-60°，封孔長度3.0 m，孔間距1.4 m。

（2）“一注”：高、靜壓結合注水措施。

煤層注水孔大于等于80 m，根據煤層高度計算傾角，孔徑113 mm，孔間距10 m，單孔高壓注水30 h 后改為靜壓注水，超前200 m 施工。通過高壓水使煤體內部產生裂隙，破壞整體性，使煤體脆性減弱，塑性增強，從而改變其物理力學性質，降低沖擊危險性，達到降溫、降塵、防滅火的目的。煤層注水孔示意圖如圖2 所示。

圖2 煤層注水孔示意圖

（3）“一減”：減少推進度，降低應力集中程度，使能量得到緩慢釋放。

2.1.3 “三限、兩減、一加強”安全防護體系

（1）“三限”即限制、限員和限位。

限制指進入沖擊地壓危險區域穿防沖服、戴防沖帽；限員指嚴格執行生產檢修期間規定人數；限位即物料的捆綁固定和安裝壓風供水自救系統。

（2）“兩減”即超前200 m 范圍內禁止碼放物料和減少集中作業。

（3）“一加強”即使用防沖架加強超前支護。

2.2 掘進工作面“三步走”措施

2.2.1 “多元化、大數據”預測預報及評價

（1）采用微震法、地音法等“區域+局部”、“動載+靜載”的“多元化”防沖監測手段。

（2）以“大數據”條件下的多參量綜合預警方法為基礎，構建多參量時空監測預警平臺，總結“12345”的監測預警新思路。

（3）“可視化”評判分級分區預警管理，從沖擊變形能空間預警云圖得出工作面的危險等級、范圍、震動發展趨勢等信息，有效指導各項防沖措施的落實。

2.2.2 “兩卸、一爆、一降低”防沖解危程序

（1）“兩卸”：幫部卸壓、底板卸壓。

① 幫部大孔徑鉆孔

幫部卸壓孔垂直巷幫滯后迎頭不超過45 m 施工，開孔高度距底板1.5 m，孔深15 m，傾角0°，孔徑113 mm，孔間距1.4 m，封孔長度3.0 m。幫部大孔徑鉆孔示意圖如圖3 所示。

② 底板大孔徑鉆孔

底板卸壓孔布置在巷道底板中間，滯后迎頭不超過45 m，孔深為10 m，傾角為-60°，孔徑為113 mm，孔間距1.4 m，封孔長度3.0 m。

圖3 幫部大孔徑鉆孔示意圖

（2）“一爆”：迎頭爆破孔。

在掘進工作面迎頭“三花眼”布置鉆孔，孔深10 m，孔徑42 mm，傾角同巷道，孔間距1.2 m，單孔裝藥量3.0 kg，裝藥長度3.8 m，封孔長度6.2 m。使用毫秒延期雷管，串聯正向裝藥，采用“導爆索+雷管+起爆器”起爆，躲炮距離不小于300 m，躲炮時間不少于半小時。掘進6 m 后繼續爆破，即始終保證迎頭前方4 m 處于卸壓范圍，采取b、c 布置方式交替施工。迎頭爆破孔示意圖如圖4 所示。

圖4 迎頭爆破孔示意圖

（3）“一降低”：危險區域降低掘進速度。

在過斷層、褶曲等區域時，執行“短掘短支”措施。

2.2.3 “三限、兩減、一加強”安全防護體系

（1）“三限”即限制、限員和限位。

限制指進入沖擊地壓危險區域穿防沖服、戴防沖帽；限員指嚴格執行生產檢修期間規定人數；限位包括物料的捆綁固定和安裝壓風供水自救系統。

（2）“兩減”即減少工作面物料碼放和減少集中作業。

（3）“一加強”即加強支護。

采用“錨網索+W 鋼帶+幫部錨索”聯合主動支護方式，支護強度高，支護結構完整，抗沖擊能力強，可以有效降低兩幫收斂和底鼓，減少維修量。

3 實施“三步走”措施后效果分析

（1）礦井沖擊地壓災害治理通過采取預測預報、防沖解危、安全防護等一系列措施，實現針對性較強的標準化治理流程，實現了礦井生產作業的本質安全。

（2）通過對各類監測數據進行統計分析，建立監測信息大數據庫，融合各項指標，達到超前預防的目的。

（3）在采取各類沖擊地壓卸壓解危措施的基礎上，實現“分級防治”，其與監測預警相互呼應，即在確定沖擊地壓危險程度后，實施既定措施，執行后再通過效果檢驗進行評判，確定將沖擊地壓危險性降至可控范圍，達到超前治理災害的目的。

4 結論

（1）2013—2014 年是胡家河煤礦破壞性沖擊地壓發生最為頻繁的時期，經過創新“三步走”措施后，沖擊顯現次數逐年降低，由2013 年的12 次降低至2019 年的0 次。

（2）巷道受沖擊破壞的數量和程度逐年減小，由2013 年的488 m 降低至2019 年的0 m，破壞程度也由原來的嚴重性垮落、底鼓轉變為頂板下沉和輕微底鼓現象。

（3）通過采取沖擊地壓監測、預測預報工作，同時利用建設的多參量綜合預警信息平臺，對各監測系統數據進行歸一化處理，綜合分析，每日通過綜合預警指標體系，能夠對礦井24 h 內的沖擊危險性進行預測預報，實現了預、防、治結合的良好局面。

（4）礦井各采掘巷道通過支護參數優化、支護結構調整，提高巷道支護強度及抗沖擊能力，同時對采掘巷道采取鉆孔卸壓、爆破卸壓、煤層注水等卸壓措施，減少沖擊地壓破壞事件發生，降低了沖擊危險性。

（5）從2019 年2 月至現階段，礦井未發生104J 及以上能級震動事件，采掘工作面均正常生產。

（6）鑒于胡家河礦沖擊地壓防治工作現狀，通過總結分析“三步走”措施對礦井沖擊地壓災害防治工作是有效的，但沖擊地壓防治工作應在把握共性的基礎上，重點研究各礦的個性問題，在遵循基本原則的基礎上，針對不同礦井、不同采區、不同工作面特點，研究制定更加細致、更加符合實際的防沖設計。