綜采工作面過地質(zhì)構造帶期間回采巷道沖擊地壓防治技術研究

鄭 健

（晉能控股集團山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 保德 036600）

煤炭開采過程中會產(chǎn)生一定程度的應力集中，當采場周邊巖體中彈性能突然釋放時會伴隨后煤巖體拋出等，從而形成沖擊地壓[1-2]。沖擊地壓依據(jù)應力狀態(tài)可分為重力型、應力型、構造應力型以及中間型類型。隨著礦井開采深度增加，在地應力、開采強度增加等多因素影響下，沖擊地壓礦井數(shù)量呈明顯遞增趨勢[3]。為此，眾多的科研學者對沖擊地壓發(fā)生機理、預測以及防治技術等開展研究，并取得較為顯著的應用成果[4-6]。眾多的研究成果表明，當井下采掘作業(yè)面回采推進過地質(zhì)構造時更容易發(fā)生沖擊地壓，主要原因是構造應力、采動應力等疊加以及開采擾動導致[7]。文中以山西某礦21106 綜采工作面過B2 向斜構造為工程實例，對采面過地質(zhì)構造回采巷道動力顯現(xiàn)，提出針對性沖擊地壓防治措施，確保了采面回采安全。

1 工程概況

21106 綜采工作面位于2 采區(qū)，回采的11 號煤層埋深平均680 m，煤層厚度2.56 m、傾角5°。采面設計傾向、走向長分別為320 m、2 630 m。工作面通風采用兩進一回方式，211061 巷、211062 巷進風、211063 回風。11 號煤層頂板巖性以堅硬的砂巖、粉砂巖為主，裂隙不發(fā)育，完整性較好。211061 巷采用使用切頂卸壓留巷保留下來，巷道沿著21102 采空區(qū)布置，211061 與211062 巷間留設有20 m 護巷煤柱。具體采面位置見圖1 所示。

圖1 工作面位置示意圖

根據(jù)已有的地質(zhì)資料顯示，21106 綜采工作面回采推進560 m 時會進入到B2 向斜影響區(qū)內(nèi)，其中背斜構造影響最為明顯范圍內(nèi)采面下部，即211061 及211062 巷位置。21106 綜采工作面在過B2 向斜期間，211062 巷圍巖中出現(xiàn)明顯的微震情況并伴隨有一定的異響，沖擊地壓征兆較為明顯。

2 沖擊地壓防治技術

211062 巷采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方式，頂板以及巷幫支護強度較高，底板未支護，巷道支護呈現(xiàn)明顯的“三強一弱”形式。211062 巷與211061 巷間留設有20 m 護巷煤柱，在B2 向斜構造應力、超前支承壓力以及臨近的21102 采空區(qū)側(cè)向壓力等共同作用下，煤巖體中積累有大量的彈性能，從而處在較大的沖擊地壓風險。釋放圍巖應力是沖擊地壓防治的關鍵措施，根據(jù)211062 圍巖特征、支護形式以及應力分布情況，綜合使用水力壓裂卸壓、大孔徑鉆孔卸壓、松動爆破卸壓以及起底卸壓方式防治沖擊地壓。

2.1 水力壓裂卸壓

隨著21106 綜采工作面推進，提前在211062 巷頂板上施工水力壓裂鉆孔，通過水力壓裂可起到如下作用：

1）切斷上覆堅硬巖層穩(wěn)定性，從而降低采空區(qū)側(cè)向應力、超前支承壓力對巷道影響；

2）通過水力壓裂使得頂板堅硬巖層中形成一定縫隙，從而降低頂板巖層蓄能能力，降低頂板垮落難度。

在211062 巷具體采用定向水力壓裂、高壓水力切縫兩種水力壓裂形式，每中水力壓裂鉆孔均壓裂3 次、壓裂壓力控制在30～60 MPa。具體現(xiàn)場使用的水力壓裂卸壓鉆孔布置情況見圖2 所示、施工參數(shù)見表1 所示。

圖2 水力壓裂卸壓鉆孔示意圖

表1 水力壓裂鉆孔施工參數(shù)

2.2 大孔徑鉆孔卸壓

在211062 巷超前回采工作面300 m 范圍在煤層內(nèi)施工大孔徑鉆孔釋放煤層中本身的彈性能，以便降低超前支承壓力顯現(xiàn)強度；通過大孔徑鉆孔密實、破裂過程來釋放不能沖擊能，以便降低沖擊地壓危險性。在211062 巷向采面內(nèi)施工孔徑150 mm 大直徑鉆孔，鉆孔按照3°仰角施工，鉆孔長度、間距分別為15 m、1.0 m，具體大孔徑鉆孔布置情況見圖2-1 所示。

2.3 松動爆破卸壓

在211062 巷超前回采工作面150 m 范圍內(nèi)，針對高應力集中區(qū)域采用松動爆破方式卸壓，通過卸壓可釋放煤巖體內(nèi)積聚的彈性能，從而使得應力集中向煤體深部轉(zhuǎn)移；爆破后產(chǎn)生的一定的次生裂隙，可起到延緩煤巖體應力集中目的。布置的松動爆破卸壓鉆孔孔徑45 mm，按照3°仰角施工，鉆孔施工孔深、間距分別為15 m、5.0 m，封孔長度為5.0 m，單孔乳化炸藥裝入量為10.0 kg。具體巷道內(nèi)松動爆破卸壓鉆孔布置情況見圖3 所示。

圖3 松動爆破卸壓鉆孔布置示意圖

2.4 起底卸壓

在211062 巷通過起底卸壓方式釋放頂板中應力，具體起底兩次，一次起底高度為1.0 m，確保巷高超過1.8 m，起底后巷道可滿足運料、行人等功能；二次起底高度為0.4 m，確保巷道高度超過2.2 m，滿足行人、通風需要。

在采面回采期間除采取上述卸壓措施之外，還使用小孔徑卸壓方式降低采面過B2 向斜期間沖擊低壓危險性。

3 結(jié)論

1）21106 綜采工作面頂?shù)装鍘r層均較為堅硬，同時在B2 向斜位置存在一定的構造應力集中，在21102 采空區(qū)側(cè)向應力、超前支承壓力、煤柱集中應力、構造應力等疊加作用下，211062 巷出現(xiàn)沖擊地壓征兆，給巷道使用安全帶來一定威脅。

2）提出以卸壓為核心的沖擊地壓防治措施，并依據(jù)211062 巷實際情況對水力壓裂卸壓、大孔徑鉆孔卸壓、松動爆破卸壓以及起底卸壓等方式。現(xiàn)場應用后，21106 綜采工作面過B2 向斜期間211062 巷未再出現(xiàn)沖擊地壓征兆，現(xiàn)場取得較好的防治效果。