大埋深厚煤層大采高工作面沖擊地壓解危技術(shù)應(yīng)用

李亞賓

（中天合創(chuàng)煤炭分公司門克慶煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

沖擊地壓[1-2]是煤礦開(kāi)采的三大動(dòng)力災(zāi)害之一，廣大科研工作者和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)沖擊地壓的發(fā)生機(jī)理[3]、監(jiān)測(cè)方法[4]和解危技術(shù)措施[5]進(jìn)行了大量的研究，也都取得了一定的效果。本文基于門克慶礦生產(chǎn)地質(zhì)條件，對(duì)沖擊地壓解危技術(shù)措施和應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。

1 工程概況

1.1 工作面地質(zhì)情況

門克慶煤礦11-3104 工作面東側(cè)為南翼三條大巷，北側(cè)同煤層為設(shè)計(jì)的11-3106 工作面，在2-2中煤層距3104 工作面向北直線距離158 m 為11-2201 工作面采空區(qū)，西側(cè)為3-1 煤南翼泄水巷，南側(cè)為設(shè)計(jì)的11-3107 工作面。11-3104 綜采工作面開(kāi)采3-1 煤，煤層傾角在0.5°～7.0°之間，煤層平均厚4.85 m，平均埋深690 m。11-3104 工作面長(zhǎng)度320 m，推進(jìn)長(zhǎng)度2927 m，采高3.90～6.10 m，平均采高4.85 m。3-1 煤層直接頂為粉砂巖，平均厚2.26 m，老頂為中砂巖，平均厚19.79 m；煤層直接底為粉砂巖，平均厚9.39 m，老底為中砂巖，平均厚21.24 m。

1.2 工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)劃分

通過(guò)地質(zhì)影響因素和開(kāi)采影響因素的沖擊危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)，11-3104 工作面地質(zhì)因素影響的沖擊地壓危險(xiǎn)指數(shù)為0.71，開(kāi)采技術(shù)條件影響的沖擊地壓危險(xiǎn)指數(shù)為0.11；根據(jù)沖擊危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)公式兩者取大，可知11-3104 具有中等沖擊危險(xiǎn)?；诨夭晒ぷ髅娴姆旨?jí)劃分結(jié)果，11-3104 工作面有5 個(gè)區(qū)域存在中等沖擊危險(xiǎn)，其余為弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域，如圖1，具體位置見(jiàn)表1。由于兩巷調(diào)車硐室斷面大，其前后30 m 按照中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行管理。

圖1 沖擊危險(xiǎn)分區(qū)劃分圖

表1 沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)具體位置參數(shù)表

2 工作面沖擊地壓卸壓及解危措施

2.1 煤體大直徑卸壓鉆孔

布置煤體大直徑卸壓鉆孔需根據(jù)工作面不同區(qū)域的沖擊危險(xiǎn)性指數(shù)，選擇不同的卸壓鉆孔參數(shù)，不能盲目確定。根據(jù)11-3104 工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)域劃分結(jié)果，采用微震、鉆屑等方法，對(duì)劃分的弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到?jīng)_擊危險(xiǎn)性升高時(shí)，采用鉆屑法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，鉆屑量不超標(biāo)，則正常進(jìn)行回采工作；如果鉆屑量超標(biāo)，則按照中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行管理，施工大直徑卸壓鉆孔，并采用微震、鉆屑等方法檢驗(yàn)效果，沖擊危險(xiǎn)解除后，才能正常回采。11-3104 工作面大直徑卸壓鉆孔參數(shù)如下：直徑不小于150 mm，孔深20 m，中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)孔間距為2 m，強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)孔間距為1 m。具體參數(shù)見(jiàn)表2。在工作面回采過(guò)程中，當(dāng)監(jiān)測(cè)到工作面開(kāi)采區(qū)域存在沖擊危險(xiǎn)或出現(xiàn)沖擊顯現(xiàn)特征時(shí)，應(yīng)在生產(chǎn)幫的危險(xiǎn)區(qū)及其附近20 m范圍內(nèi)實(shí)施大直徑鉆孔解危方案，同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)效果檢驗(yàn)，確認(rèn)預(yù)警指標(biāo)安全方可作業(yè)。

2.2 順槽頂板深孔爆破

11-3104 工作面為該區(qū)域首采面，結(jié)合11-3102工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，根據(jù)相鄰工作面6 m 小煤柱沿空掘巷的要求，需要對(duì)11-3104 工作面兩巷回采范圍全部進(jìn)行切頂卸壓。兩巷的頂板切頂卸壓爆破范圍始終控制在超前工作面300 m 以外，并結(jié)合回采過(guò)程中實(shí)測(cè)超前影響范圍進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，確保頂板切頂卸壓爆破施工作業(yè)在超前影響范圍以外進(jìn)行。頂板深孔爆破鉆孔布置方案：在頂板煤柱側(cè)布置一個(gè)預(yù)裂鉆孔，開(kāi)孔位置距煤柱幫0.8 m，鉆孔與煤層夾角為60°，鉆孔方位與巷道夾角為0°，鉆孔深度為25.4 m，孔徑75 mm，間距8 m。11-3104 工作面兩巷頂板爆破孔如圖2，11-3104 工作面頂板爆破炮孔參數(shù)見(jiàn)表3。

表2 大直徑鉆孔卸壓參數(shù)

圖2 11-3104 工作面兩巷頂板爆破孔剖面示意圖

表3 11-3104 工作面頂板爆破炮孔參數(shù)表

2.3 底板大直徑鉆孔卸壓

11-3104 工作面采用沿底掘進(jìn)，實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中巷道局部存留有底煤，針對(duì)底煤厚度超過(guò)1 m 的區(qū)域，應(yīng)實(shí)施底板大直徑鉆孔卸壓，以降低煤層中的應(yīng)力積聚，減少巷道底板沖擊及底鼓現(xiàn)象發(fā)生，保護(hù)巷道安全。底板大直徑鉆孔布置參數(shù)為：鉆孔直徑大于150 mm，在巷道每個(gè)斷面布置2 個(gè)鉆孔，鉆孔俯角45°，鉆孔間距1 m，鉆孔深度達(dá)到底板巖石即可。底板鉆孔參數(shù)可根據(jù)底煤厚度、巷道掘進(jìn)時(shí)實(shí)際揭露底板巖性及底板鋪底情況等因素進(jìn)行調(diào)整。底板大直徑卸壓鉆孔布置如圖3。

圖3 留底煤區(qū)域大孔徑鉆孔卸壓布置示意圖

3 應(yīng)用效果分析

根據(jù)門克慶煤礦11-3104 工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)域劃分結(jié)果，對(duì)中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)采取煤體大直徑鉆孔卸壓、兩順槽深孔爆破以及底板大直徑鉆孔卸壓的卸壓和解危技術(shù)措施后，對(duì)工作面全部區(qū)域的整個(gè)回采過(guò)程進(jìn)行微震、超前支承壓力和支架壓力觀測(cè)分析）。圖4 為其中一周內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可見(jiàn)一周內(nèi)僅出現(xiàn)兩次能量釋放事件，且能力等級(jí)不高。圖5 為其中一次超前支承壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可見(jiàn)監(jiān)測(cè)得到的淺基點(diǎn)最大應(yīng)力值為9.1 MPa，深基點(diǎn)最大應(yīng)力值為7.6 MPa，未達(dá)到黃色預(yù)警值。圖6 為其中15 日內(nèi)的支架壓力數(shù)據(jù)，由圖可見(jiàn)機(jī)頭出現(xiàn)一次壓力突增，但增幅不大，工作面支架壓力整體較為穩(wěn)定，整個(gè)工作面回采過(guò)程中來(lái)壓時(shí)，支架壓力出現(xiàn)增大，動(dòng)載系數(shù)為1.28。綜合分析：工作面圍巖活動(dòng)強(qiáng)度較低，能量釋放平穩(wěn)，采取的解危技術(shù)措施能夠達(dá)到良好效果。

圖4 七日內(nèi)頻次和能力走勢(shì)圖

圖5 超前應(yīng)力圖

圖6 支架壓力圖（十五日）

4 結(jié)論

（1）從地質(zhì)和開(kāi)采影響因素兩方面進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，11-3104 工作面為中等沖擊危險(xiǎn)，并將工作面劃分為5 個(gè)中等危險(xiǎn)性區(qū)域，其余為弱危險(xiǎn)性區(qū)域。

（2）基于工作面危險(xiǎn)性分區(qū)，對(duì)中等危險(xiǎn)區(qū)制定了煤體大直徑鉆孔卸壓、兩順槽深孔爆破以及底板大直徑鉆孔卸壓的卸壓和解危技術(shù)措施；并采用微震和鉆屑法對(duì)弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，鉆屑量超標(biāo)時(shí)機(jī)采采取相應(yīng)技術(shù)措施。

（3）通過(guò)微震、超前支承壓力和工作面支架壓力對(duì)工作面觀測(cè)，結(jié)果表明，工作面回采期間圍巖活動(dòng)強(qiáng)度較低，能量釋放平穩(wěn)，解危效果良好。