大埋深厚煤層大采高工作面沖擊地壓解危技術應用

李亞賓

（中天合創煤炭分公司門克慶煤礦，內蒙古 鄂爾多斯 017000）

沖擊地壓[1-2]是煤礦開采的三大動力災害之一，廣大科研工作者和現場技術人員對沖擊地壓的發生機理[3]、監測方法[4]和解危技術措施[5]進行了大量的研究，也都取得了一定的效果。本文基于門克慶礦生產地質條件，對沖擊地壓解危技術措施和應用效果進行了分析。

1 工程概況

1.1 工作面地質情況

門克慶煤礦11-3104 工作面東側為南翼三條大巷，北側同煤層為設計的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，西側為3-1 煤南翼泄水巷，南側為設計的11-3107 工作面。11-3104 綜采工作面開采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 工作面長度320 m，推進長度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 工作面沖擊危險區劃分

通過地質影響因素和開采影響因素的沖擊危險指數評價，11-3104 工作面地質因素影響的沖擊地壓危險指數為0.71，開采技術條件影響的沖擊地壓危險指數為0.11；根據沖擊危險指數評價公式兩者取大，可知11-3104 具有中等沖擊危險。基于回采工作面的分級劃分結果，11-3104 工作面有5 個區域存在中等沖擊危險，其余為弱沖擊危險區域，如圖1，具體位置見表1。由于兩巷調車硐室斷面大，其前后30 m 按照中等沖擊危險區域進行管理。

圖1 沖擊危險分區劃分圖

表1 沖擊地壓危險區具體位置參數表

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工作面不同區域的沖擊危險性指數，選擇不同的卸壓鉆孔參數，不能盲目確定。根據11-3104 工作面沖擊危險區域劃分結果，采用微震、鉆屑等方法，對劃分的弱沖擊危險區域進行監測。當微震監測系統監測到沖擊危險性升高時，采用鉆屑法進行監測，鉆屑量不超標，則正常進行回采工作；如果鉆屑量超標，則按照中等沖擊危險區域進行管理，施工大直徑卸壓鉆孔，并采用微震、鉆屑等方法檢驗效果，沖擊危險解除后，才能正常回采。11-3104 工作面大直徑卸壓鉆孔參數如下：直徑不小于150 mm，孔深20 m，中等沖擊危險區孔間距為2 m，強沖擊危險區孔間距為1 m。具體參數見表2。在工作面回采過程中，當監測到工作面開采區域存在沖擊危險或出現沖擊顯現特征時，應在生產幫的危險區及其附近20 m范圍內實施大直徑鉆孔解危方案，同時，應加強效果檢驗，確認預警指標安全方可作業。

2.2 順槽頂板深孔爆破

11-3104 工作面為該區域首采面，結合11-3102工作面礦壓顯現規律，根據相鄰工作面6 m 小煤柱沿空掘巷的要求，需要對11-3104 工作面兩巷回采范圍全部進行切頂卸壓。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，并結合回采過程中實測超前影響范圍進行及時調整，確保頂板切頂卸壓爆破施工作業在超前影響范圍以外進行。頂板深孔爆破鉆孔布置方案：在頂板煤柱側布置一個預裂鉆孔，開孔位置距煤柱幫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見表3。

表2 大直徑鉆孔卸壓參數

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表

2.3 底板大直徑鉆孔卸壓

11-3104 工作面采用沿底掘進，實際掘進過程中巷道局部存留有底煤，針對底煤厚度超過1 m 的區域，應實施底板大直徑鉆孔卸壓，以降低煤層中的應力積聚，減少巷道底板沖擊及底鼓現象發生，保護巷道安全。底板大直徑鉆孔布置參數為：鉆孔直徑大于150 mm，在巷道每個斷面布置2 個鉆孔，鉆孔俯角45°，鉆孔間距1 m，鉆孔深度達到底板巖石即可。底板鉆孔參數可根據底煤厚度、巷道掘進時實際揭露底板巖性及底板鋪底情況等因素進行調整。底板大直徑卸壓鉆孔布置如圖3。

圖3 留底煤區域大孔徑鉆孔卸壓布置示意圖

3 應用效果分析

根據門克慶煤礦11-3104 工作面沖擊危險區域劃分結果，對中等沖擊危險區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措施后，對工作面全部區域的整個回采過程進行微震、超前支承壓力和支架壓力觀測分析）。圖4 為其中一周內的監測數據，可見一周內僅出現兩次能量釋放事件，且能力等級不高。圖5 為其中一次超前支承壓力監測數據，可見監測得到的淺基點最大應力值為9.1 MPa，深基點最大應力值為7.6 MPa，未達到黃色預警值。圖6 為其中15 日內的支架壓力數據，由圖可見機頭出現一次壓力突增，但增幅不大，工作面支架壓力整體較為穩定，整個工作面回采過程中來壓時，支架壓力出現增大，動載系數為1.28。綜合分析：工作面圍巖活動強度較低，能量釋放平穩，采取的解危技術措施能夠達到良好效果。

圖4 七日內頻次和能力走勢圖

圖5 超前應力圖

圖6 支架壓力圖（十五日）

4 結論

（1）從地質和開采影響因素兩方面進行沖擊危險性評價，11-3104 工作面為中等沖擊危險，并將工作面劃分為5 個中等危險性區域，其余為弱危險性區域。

（2）基于工作面危險性分區，對中等危險區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措施；并采用微震和鉆屑法對弱沖擊危險區進行監測，鉆屑量超標時機采采取相應技術措施。

（3）通過微震、超前支承壓力和工作面支架壓力對工作面觀測，結果表明，工作面回采期間圍巖活動強度較低，能量釋放平穩，解危效果良好。