東灘煤礦1310 回采巷道沖擊地壓防治技術研究

谷君濤

（兗州煤業股份有限公司東灘煤礦 ，山東 鄒城 273500）

0 引 言

東灘煤礦位于兗州煤田東部，核定礦井生產能力750 萬t/a。1310 工作面位于礦井一采區西部，東翼一采軌道上山以東，F2 斷層以西，北鄰1307 工作面采空區；東鄰1306、1305、1304 工作面采空區。1310 運順沿京滬鐵路保護煤柱線布置，軌順與運順大致平行，沿F2 斷層西側布置，正常段軌順與運順巷中間距202.8 m，縮面后軌順與運順巷中間距153.2 m，1310 工作面切眼沿1306 工作面運順布置，切眼北幫與1306 運順南幫間距5 m 布置，兩順槽及切眼頂板均沿3上煤與3下煤夾矸上平面（破夾矸）布置。

圖1 1310 工作面布置圖

1310 軌順切眼北側及軌順東側采空區面積大，斷層構造發育顯著，地質條件較為復雜，煤巖體處于高應力環境。東灘煤礦3 煤層及頂底板沖擊傾向性鑒定結果顯示：3 煤層沖擊傾向性屬于Ⅱ類，具有弱沖擊傾向性，頂、底板巖層沖擊傾向性屬于II 類，具有弱沖擊傾向性。在一定的煤層賦存條件、地質條件、開采條件以及大面積采空區懸頂等條件下，有發生沖擊地壓的危險性。

1 沖擊地壓危險因素分析

1310 工作面現面臨復雜地質條件的問題，存在一些沖擊危險因素：

1）采深。工作面平均采深為580 m，最大采深592 m，達到了發生沖擊的臨界深度。

2）煤巖沖擊傾向性。3 煤層具有弱沖擊傾向性，頂底板具有弱沖擊傾向性，煤層具備發生沖擊地壓的沖擊傾向性條件。

3）覆巖結構。工作面老頂組合巖梁厚度大，且老頂基本由中、細粒砂巖組成；頂板存在堅硬巨厚巖層，工作面周邊均為采空區，并已經充分垮落，開采范圍處于相對孤立的煤體中，頂板來壓、見方時很有可能誘發煤炮或小型動力現象。

4）地質構造。1310 工作面斷層構造發育，地質條件較為復雜，工作面布置不規則，斷層切割產生了煤柱，同時工作面鄰近大面積采空區，多種沖擊因素耦合作用，易因采掘擾動而引發沖擊。

5）不規則工作面。工作面縮面區域受超前支承應力影響，同時形成不規則煤柱，沖擊危險增大。

綜合以上基于“沖擊地壓發生條件”理論的相關分析，確定1310 工作面掘進期間的沖擊地壓危險主要是1310 工作面軌順掘進及其與相鄰工作面采空區之間煤柱距離較小地段的巷道。

2 1310 工作面回采巷道掘進沖擊危險性區域劃分

2.1 工作面軌順及輔助軌順

1310 工作面軌順南段沿F2 斷層布置，掘進預計會揭露DF2 斷層，預測這段巷道掘進期間具有弱沖擊危險，長度共212 m。

1310 工作面軌順北段沿F2 斷層布置，與1305工作面停采線最近處為25.7 m，與1306 工作面停采線最近處為83.2 m。根據軌順北段的布置情況和所具備的沖擊危險因素，綜合預測這段巷道掘進期間具有弱沖擊危險。

1310 輔助軌道巷與1310 軌順按巷中間距44 m平行布置，預測這段巷道掘進期間具有弱沖擊危險。

2.2 工作面運順

1310 運順掘進受1303 工作面采空區影響區域，掘進期間要通過F2 斷層，這部分長度93.8 m 預測具有弱沖擊危險。運順其余地段為為實體煤掘進，不受采動影響，雖然有掘進通過斷層的情況，但預計斷層落差不大；運順掘進也有通過老巷的情況，但運順埋深約為550 m，埋深不大，所以預測運順其余地段掘進期間按無沖擊危險管理。

2.3 工作面切眼

1310 工作面切眼沿1306 工作面運順布置，切眼北幫與1306 運順南幫間距5 m 布置，切眼西段掘進要通過 EF87 斷層（H = 5.0 m∠70°）和 EF99 斷層（H=1.6 m∠70°），此部分受采動影響較小；切眼東段掘進受1307 工作面采空區采動影響，但沒有地質構造影響，所以切眼共202.8 m 范圍掘進期間預測具有弱沖擊危險。

圖2 1310 工作面回采巷道掘進沖擊危險性區域劃分

3 沖擊地壓監測治理措施

沖擊地壓危險區域在掘進生產過程中遵照“監測→解危→效果檢驗→再治理”的基本工作程序，及時消除生產過程中潛在的危險隱患。

3.1 巷道掘進期間沖擊地壓檢測措施

3.1.1 微震法

利用在一采區的微震監測測站進行監測，并對監測數據進行分析，確定微震事件發生的時間、地點及能量。在掘進過程中，當震動頻繁發生在距掘進迎頭半徑100 m 范圍內，且震動能量大于104 J 時，必須采用鉆屑法進行驗證。在迎頭或距離迎頭5 m 幫部施工檢測鉆孔，若鉆屑法檢測超標，判定為有沖擊地壓危險，采取卸壓解危措施，直到檢測指標正常。

3.1.2 鉆屑法

根據對1310 工作面沖擊地壓危險的預測結果，在劃定的沖擊地壓危險區域進行鉆屑法檢測。根據沖擊地壓發生的應力分布特點，一般認為取煤厚（巷高）的3.5 倍，所以檢測沖擊危險時，鉆孔深度取14 m（順槽凈高為3.7 m）。鉆頭直徑為42 mm，采用煤電鉆或風鉆施工，鉆孔距煤層底板大約1.2 m 左右。鉆屑臨界指標根據標準煤粉量測定結果，可參照表1 數值。

表1 1310 工作面鉆屑法臨界煤粉量指標

若鉆屑量超過臨界煤粉量，在鉆孔過程中出現較多的卡鉆，吸鉆及聲響等動力效應，則判定有沖擊危險。

3.1.3 應力在線系統監測

在1310 軌順掘進期間，根據沖擊地壓危險性評價和現場實際情況，在1310 軌順兩幫安裝KJ743 應力在線監測系統，從1310 軌順入口向里每30 m 安裝1 組測站（若遇斷層幫部為巖層或其他情況影響無法安裝時，可調整安裝間距），測站安裝1 個14 m和8 m 深度的應力計，實現沖擊地壓危險區和危險程度的實時監測預報預警。

3.1.4 礦壓觀測法

巷道掘進期間，加強動力顯現觀測并建立煤炮動力現象觀測記錄，發現煤炮頻繁、壓力突增或出現沖擊氣流等異常動力現象時必須及時進行鉆屑法檢測并判斷是否有沖擊危險，如果檢測發現有沖擊危險，應及時確定危險程度及危險區域范圍，進行解危處理。

3.2 巷道掘進期間預卸壓措施

3.2.1 兩幫預卸壓

采用ZQSJ-140/4.1 或ZQJC-360/8 氣動架柱式鉆機施工，配合直徑為150 mm 鉆頭施工預卸壓鉆孔。預卸壓鉆孔直徑150 mm，鉆孔深度不低于20 m，2 孔間距不大于4 m（根據現場情況，可適當加密鉆孔及增加鉆孔深度）,距迎頭不大于10 m，在巷道兩幫垂直煤壁施工，開孔高度1.2~1.5 m，開孔角度0°~4°。

施工完預卸壓鉆孔以后，在間距50m 范圍內隨機施工1 個鉆屑法檢測孔，當煤粉量正常時方可繼續施工，若煤粉量異常時，則施工卸壓解危鉆孔，直至鉆屑法檢測正常才能進行采掘作業。

3.2.2 底板預卸壓

巷道掘進期間特殊區段留設有底煤，且底煤厚度δ≤0.6m 時，底煤厚度較薄隨底鼓產生裂隙或破斷，變成塑性煤體，不能積聚彈性能。當0.6＜δ≤1m 時，施工大直徑斷底鉆孔處理底煤；當δ＞1m時，施工大直徑斷底鉆孔配合爆破斷底處理底煤（δ代表底煤厚度）。

3.3 巷道掘進檢測出有沖擊危險時的治理措施

在檢測出有沖擊地壓危險區域，首選采用大直徑鉆孔卸壓方法解除沖擊危險，若卸壓鉆孔施工不便，也可采用深孔爆破進行卸壓解危。然后進行解危效果驗證，如果監測有危險，則需繼續采取卸壓措施，直到解除沖擊危險。

3.3.1 大直徑鉆孔卸壓

圖3 工作面巷幫大直徑鉆孔布置圖

采取大直徑鉆孔卸壓方式，鉆孔參數按有關規定，鉆孔直徑不小于110 mm，鉆孔間距不大于2 m，與巷幫垂直施工，鉆孔深度取16 m。鉆孔采用單排布置，距巷道底板距離1.2 m 左右。視鉆孔施工后的檢測效果，若檢測仍有沖擊危險，可采取加密鉆孔的辦法，或者在距頂板巷道高度1/3 處與下排鉆孔交錯再施工1 排卸壓鉆孔。

3.3.2 深孔爆破卸壓

爆破孔間距小于3.0 m，爆破卸壓孔直徑42 mm，鉆孔深度取12 m，距底板1.2 m 左右，與巷幫垂直施工。每孔裝藥長度為7 m，封孔長度為5 m，孔內均勻布置3～5 個并聯的雷管，其余部分用炮泥添滿添實。炸藥可選用礦許用炸藥，一次起爆炮眼個數為1 個。

圖4 有沖擊危險地點深孔卸壓爆破裝藥示意圖

3.3.3 巷道留有超過1m 厚的底煤時的處理

當巷道底板有超過1m 的底煤時，應對巷道底板采取底板爆破或鉆孔卸壓的措施。

采用底板爆破卸壓時，一般在巷道中間施工1排爆破孔，鉆孔深度視底煤厚度確定。鉆孔孔徑、裝藥量、封孔長度等根據實際條件并結合現場實驗確定。

采用底板鉆孔卸壓時，一般在巷道2 個底角各施工1 排卸壓孔，鉆孔深度視底煤厚度確定，鉆孔深度一般以貫穿全部底煤為準。鉆孔孔徑、鉆孔間距等根據實際條件并結合現場實驗確定。

3.4 沖擊危險地段治理后的效果檢驗及再治理

采用沖擊地壓危險的卸壓解危措施后，要按照沖擊地壓危險檢測方案進行沖擊地壓危險檢測，確定無沖擊地壓危險后方可繼續進行生產；若檢測仍然具有沖擊地壓危險，必須繼續采取防沖治理措施，可綜合采取以下方案之一，也可以綜合考慮采用其它防沖治理措施。

1）在2 個鉆孔之間再施工1 個卸壓鉆孔，使鉆孔間距變小；也可在巷道上方距頂板的巷道高度的1/3 處，與下排鉆孔交錯再施工1 排卸壓鉆孔，參數與第1 排卸壓鉆孔相同。

2）綜合采用深孔卸壓爆破措施，即在2 個卸壓鉆孔間施工卸壓爆破孔。

再次實施治理措施后，需要繼續進行沖擊地壓危險檢測，重復以上過程，直至解除沖擊地壓危險。

4 結 論

研究并實施回采巷道掘進期間沖擊地壓預卸壓措施和監測治理措施，顯著提高了掘進工作面沖擊地壓防治工作效率，為工作面接下來的回采提供了有力保障；同時，形成了回采巷道掘進期間防沖治理的典型模式，為類似條件下回采巷道沖擊地壓防治工作提供有效的技術途徑。