淺析N2103回風巷強礦壓區的管理措施

王 鵬

(潞安化工集團 調度指揮部，山西 長治 046204)

隨著我國煤炭開采強度和深度的不斷增大，采場空間圍巖應力分布日趨復雜，強礦壓災害日趨嚴重[1-2]。井巷開挖前，煤巖處于應力平衡狀態，采掘工作面開挖時，施工擾動使其平衡狀態發生變化，薄弱點的巖體彈性應變能突然釋放，導致煤巖噴出。當強礦壓現象嚴重時，會直接摧毀巷道，嚴重威脅井下工作人員的生命安全[3-5]。

強礦壓的防治主要有區域性和局部性解危措施，其中局部性的解危措施主要包括煤層卸載爆破、斷頂爆破、鉆孔卸壓、加強支護等。大直徑鉆孔卸壓和加強支護管理因工藝相對簡單、對生產影響小、成本低等優點，在煤礦開采中得到了廣泛應用。本文對余吾煤業N2103回風巷道強礦壓區采取了一系列措施，保證了N2103工作面順利回采及作業人員的安全。

1 N2103工作面現狀

余吾煤業公司位于山西省屯留縣境內，設計能力750萬t/a，為高瓦斯礦井。礦井主采3號煤層，埋深500～700 m，煤層厚度5～7.25 m，平均厚度5.99 m，煤體硬度1

N2103回風巷沿煤層頂板掘進，底板留有2.5 m左右的底煤，斷面寬×高=4.8 m×4.0 m。N2103工作面位于公司北風井東翼采區，工作面北側為實體煤，南側為北風井東翼5條大巷，西側為實體煤，東側為 N2105工作面(已采)，與 N2103回順之間留設30 m煤柱，埋藏深度586～562 m。

N2103工作面發生強礦壓現象時，工作面已回采1 205 m；當時回順超前維護長度為50 m，采用一梁三柱棚架設大板棚支護，棚距800 mm。切眼往外100 m范圍內巷道變形嚴重，巷道斷面最小處僅為2.5 m×2.5 m。超前棚內巷道底鼓嚴重。為防止N2103工作面再次發生強礦壓現象，保證作業人員及設備安全，特別制定了新的管理措施。

2 強礦壓區管理措施

2.1 人員管理

1) N2103回風巷道切眼外20 m至切眼往外500 m內實行封閉管理，且沿切眼外20 m處拉警戒線，500 m處設置警戒柵欄門，入口處懸掛醒目的“強礦壓管理區”警示牌，警戒位置見圖1。由作業隊組專職人員負責，同時在警戒兩端安設電話，并建立人員進出臺賬。

圖1 警戒示意

2) 生產期間警戒范圍內嚴禁進入，工作面不生產期間，作業人員可進入現場作業，作業完成后必須分散快速離開。

3) 任何人員不得坐在設備或物料上休息。

4) 作業人員要隨時注意觀察頂幫壓力變化情況，當出現頂板壓力突然增大，煤炮異響等強礦壓征兆或接到撤離通知時，要及時撤離現場，進入安全地點。

2.2 物料管理

1) 回風巷警戒區內的錨桿、錨索全部用雙股鐵絲固定到頂網和幫網上。

2) 回風巷強礦壓區作業人員作業時，只能在檢修班停機期間進入，運料、打鉆及架棚人員不得交叉作業。

3) 回風巷至工作面切眼300 m范圍內不得存放雜物，不用的材料必須及時回收升井；不能及時回收升井的材料、設備，必須移至工作面300 m范圍外，在巷幫分類碼放整齊，碼放高度不得超過0.8 m，并用2分繩與巷幫鋼帶之間牢牢固定。

2.3 支護方案

1) 保證回順超前棚架設長度不低于100 m，棚距700～900 mm。

2) 所有單體柱要打設垂直并成直線，拴好雙護繩，偏差不得超過±50 mm，大板用雙股10號鉛絲栓在頂網上。

3) 架棚、回棚、挑大板等作業過程中，作業地點前后5 m范圍內，嚴禁有其它人員作業或停留。

2.4 卸壓孔施工方案

2.4.1 鉆孔設計要求

為降低N2103回風巷強礦壓區風險，對回順切眼往外300 m的巷道打設卸壓孔，打設示意圖見圖2和圖3。

圖2 卸壓孔剖面

圖3 卸壓孔俯視

1) 煤墻、煤柱側卸壓孔：距底板1.5 m高，垂直煤墻打設，孔深20 m，孔徑120 mm，間距1 m，孔口封口2 m。

2) 底板卸壓孔：在煤墻側距煤墻幫600 mm，垂直底板打設，孔徑120 mm，孔深見巖即可，間距0.8～1.0 m，孔口用編織袋進行封堵，防止煤塵進入造成堵孔。

2.4.2 卸壓孔施工要求

1) 施工鉆孔時要嚴格按照鉆孔設計要求中規定的方位、角度、孔深等進行施工，不得擅自改動。同時，為保證鉆孔成孔質量，鉆孔開孔高度、孔距可根據現場打鉆情況進行調整，避開巷道內的風水管路、錨桿、錨索等，孔距偏差不得超過100 mm。

2) 打設卸壓孔時，應從里往外依次打設，為保證卸壓效果，孔口封堵2 m，并掛設鉆孔說明牌。

3) 卸壓說明牌板必須在打完1個卸壓孔后立即掛設，并注明鉆孔編號、時間、施工人員、鉆孔深度及打設過程中的異常情況(夾鉆等)。

2.4.3 打設卸壓孔安全注意事項

1) 打眼過程中，要隨時注意煤巖幫頂板，發現有片幫、冒頂危險時，必須立即停鉆處理。

2) 打眼時，要掌握好鉆孔的深度和角度，達到要求深度時，減速撤鉆；鉆深眼時，必須采用不同長度的鉆桿，開始時應使用短鉆桿。

3) 打設底板卸壓孔時，鉆桿拔出后，應及時用編織袋將孔口堵好，防止煤巖粉堵塞卸壓孔。

4) 當工作面風流中瓦斯濃度超過0.8%，打鉆過程中發現煤層中有出水、生銹、掛汗、水響、怪味、瓦斯涌出量增加等異常情況時停止打鉆，處理完后再打鉆。

2.5 鉆屑法施工方案

1) 監測設備：ZQSJ-80/2.8S型氣動手持式鉆機。

2) 監測范圍：工作面回風巷道超前300 m兩幫。

3) 監測頻率：第一周監測回風巷道超前工作面20 m、50 m、80 m、110 m、170 m、260 m的煤墻幫(工作面側)；第二周監測回風巷道超前工作面20 m、50 m、80 m、110 m、170 m、260 m的煤柱幫(采空區側)。強礦壓區每兩周全面檢測1次。

4) 監測方法：用鉆機打監測鉆孔，采用插銷式聯接的麻花鉆桿，每節長1 m，D42 mm的鉆頭，鉆孔的深度為14 m。用塑料桶或編織袋等收集鉆出的煤粉，每鉆進1 m用測力計測量1次鉆屑量，并及時記錄。

5) 監測內容：用專用表格記錄打眼地點、時間、鉆屑排出量，以及打眼過程中出現的鉆桿跳動、卡鉆、劈裂聲和微沖擊等動力現象。

6) 在打鉆過程中若出現煤粉量超標，則應在超標鉆孔兩側5 m范圍內各打1個鉆孔繼續監測，確定強礦壓危險區域后，制定相應的解危措施進行煤體卸壓。

3 卸壓效果檢驗

3.1 表面位移監測

1) 在N2103回風巷道超前工作面300 m范圍內每20 m布置1組測點。每組測點4個(頂底板及兩幫)，采用“十”字布點法布置，采用皮尺進行測量，同時確保測點動態覆蓋超前工作面300 m范圍。所有測點觀測周期為1周/次，每周一8點班檢修時進行觀測。從首次觀測之后連續觀測5次，巷道變形數據如表1所示。

表1 巷道變形數據 m

2) 通過與首次觀測數據相比，巷道在采取卸壓措施后，整體變形較小且趨于穩定，由此可知，巷道超前工作面300 m范圍內卸壓效果較好，同時，應加強現場回順頂幫的巡查，發現破網、漏矸時及時補網，或架棚管理。

3.2 鉆屑法效果檢驗

確定煤粉量的臨界值，首先需要取標準煤粉量，再結合鉆粉率指數確定臨界值。

測量標準鉆粉量時應避開地質構造影響帶、超前支承壓力影響帶、殘留煤柱影響帶等典型應力異常區域。用鉆粉率指數方法判別工作地點強礦壓危險性的指標[6-7]，可參照表2的規定，結合實際情況執行。實際鉆粉率達到相應的指標或出現鉆桿卡死現象，可判定所測工作地點有強礦壓危險。

表2 判別工作地點強礦壓危險性的鉆粉率指數

截至10月20日，煤墻側共測定3次，煤柱側測定2次。鉆屑平均值如表3所示。

表3 鉆屑平均值數據

通過與臨界值比較，超前工作面300 m范圍內所測5組測點鉆屑值在標準值上下波動，遠小于危險臨界值，現場總體卸壓效果較好。根據鉆屑法驗證可看出，超前工作面300 m范圍內發生強礦壓的危險性較小。

4 結 語

嚴格對作業區的人員及物料進行管理，并在原來的支護基礎上進行加強，通過定期的鉆屑法和表面位移監測站監測，保證了N2103工作面順利、安全回采，N2103回風巷道強礦壓區的管理方案被證明是可行的，為其他有強礦壓現象的工作面回采提供了一定的借鑒。