南屯煤礦綜放工作面沖擊地壓監測與解危技術

摘要：本文介紹了沖擊地壓檢測與防治技術，并針對受沖擊地壓威脅的采場，應用了電磁輻射監測、應力在線監測、鉆屑法檢測、微震監測進行沖擊危險的綜合預測，采用的卸壓措施有深孔爆破卸壓、鉆孔卸壓、基本頂斷頂卸壓。

關鍵詞：檢測 爆破卸壓 鉆孔卸壓

1 礦井概況

南屯煤礦九采區3上煤厚度平均5.0m左右，采用綜合機械化放頂煤一次采完，全部跨落法管理頂板，3下煤平均厚度為3.0m左右，采用綜合機械化一次采全高。

沖擊地壓是具有極具破壞性的突發災害，是一種力學過程十分復雜的動力現象，隨著開采深度的不斷增加，工作面煤柱上的應力也成倍增加。因此，沖擊地壓的頻率和強度也越來越大，甚至發展到區域性礦震頻繁。復合厚煤層沖擊地壓已成為安全生產的重大隱患，開展沖擊地壓的預測和防治工作已成為當務之急。對有沖擊危險的區域進行預測和解危，是保障安全開采的有效途徑。本文以93上08工作面的防治為例，介紹南屯煤礦在防治沖擊地壓方面取得的一些成效。

2 工作面地質概況

93上08工作面位于九采區中部。工作面東南鄰93上06工作面采空區，西北部為九采-440二級行人下山，并距九采-670水倉最近處112m左右。工作面老頂為淺灰-灰白色中砂巖，普氏硬度7～8。直接頂為灰黑色粉砂巖，巖石普氏硬度4～5。直接底為灰黑色粉砂巖，巖石普氏硬度4～5。老底為淺灰色中砂巖，巖石普氏硬度7～8。

3 沖擊地壓危險性分析

3.1 據鑒定南屯煤礦3上煤及其頂板具有一定的沖擊傾向性，具備了發生沖擊地壓的必要條件。

3.2 93上08工作面開采深度為567.9～696.1m，已達到了發生沖擊地壓的臨界深度，煤巖體的應力和能量條件得到了滿足。

3.3 93上08工作面直接頂為粉砂巖，厚度0～2.13m，老頂為較致密堅硬的中砂巖，厚度為12.35～23.83m。此堅硬頂板的運動容易造成大量彈性能在頂板中積聚，若此時頂板發生斷裂或滑移，大量的彈性能突然釋放，容易導致頂板型沖擊地壓的發生。

3.4 93上08工作面地質因素影響下的沖擊地壓危險性指數Wt1=0.74，具有中等沖擊危險性。主要影響因素為開采深度、煤層的沖擊傾向性、堅硬頂板巖層等。

通過綜合分析，我們認為93上08工作面沖擊地壓危險狀態等級評定為中等沖擊危險性，沖擊危險指數0.74，其中，地質因素影響和開采技術因素影響并重，因此，該工作面在回采過程中需要高度警惕和防治。

4 沖擊地壓監測及治理措施

4.1 防沖監測措施

經過分析研究，我們把93上08軌道順槽（沿空巷）作為沖擊地壓的重點防治區域，主要采用的監測手段有：電磁輻射監測、應力在線監測、鉆屑法檢測、微震監測。

4.1.1 電磁輻射監測

①監測時間：每天早班監測一次，壓力變化較大或具有異常情況時，增加監測頻次。②測點布置：在沖擊危險區域內以10m的間距布置測點。③每次監測完升井后，及時用計算機處理監測數據并打印監測報表，并根據預報指標進行沖擊危險預報。④沖擊危險指標：根據我礦煤巖層沖擊傾向性實驗的鑒定結果和沖擊地壓監測的實際情況，沖擊危險指標取值為：電磁輻射強度最大值100mV，脈沖數為1600。若各項監測數據沒有超過以上臨界值，則認為無沖擊危險。當出現電磁輻射強度值或脈沖數隨時間呈現增長趨勢時，或當電磁輻射強度值或脈沖數先期隨呈增長而后突然降低又呈增長趨勢時，則認為有沖擊危險或危險程度增強。

4.1.2 應力在線監測

①檢測點布置。在工作面兩順槽前方200m范圍間隔20m布置一組監測點，測點由深度14m和8m的兩個鉆孔組成，兩鉆孔間距1～2m，鉆孔內安裝鉆孔應力計，以測得煤體深部垂直應力，應力計通過傳感裝置和傳輸線路與地面主機相連，隨時監測兩順槽超前壓力分布情況，當應力超過預警指標時，計算機將給予鳴笛預警。②應力在線系統的應用。根據應力在線監測系統采集的數據，每天繪制應力在線圖表，分析原因，并對應力比較高的地段進行鉆屑法檢驗。

4.1.3 鉆屑法檢測

①檢測范圍。經電磁輻射監測或應力在線發現有沖擊危險的地點，必須采用鉆屑法進行鉆屑量的檢測。②檢測孔的布置。鉆孔直徑Ф42mm，孔深為10m，間距10m，鉆孔方向與煤層水平，垂直巷幫。③檢測內容。主要檢測每米鉆孔的鉆屑量，同時記錄鉆進過程中的卡鉆、吸鉆、煤炮等動力效應現象。④實施方法。用手持式氣動鉆機鉆孔，采用插銷式麻花鉆桿，每鉆進1m稱量1次鉆屑量，用表格記錄打眼地點、時間、鉆屑量及動力效應等。⑤沖擊危險指標。根據標準鉆孔的煤粉量確定臨界煤粉量。鉆孔深度1～5m時，臨界煤粉量為所有標準孔1～5m范圍內平均煤粉量的2.5倍，鉆孔深度6～10m時，臨界煤粉量為所有標準孔平均煤粉量的3倍。⑥臨界煤粉量的判定。根據實測指標，我礦93上08綜放工作面的煤粉量臨界指標為：深度1～5m，臨界煤粉量為3.4kg/m；深度6～10m，臨界煤粉量為6.8kg/m。

當測定的煤粉超過臨界煤粉量，或者打鉆過程中出現卡鉆、吸鉆等異?，F象時，則表明該地點具有沖擊危險性，必須立即進行解危處理。

4.1.4 微震監測

①微震監測原理及方法。震動是由地下開采引起的，是煤巖體斷裂破壞的結果。與地震相比，震動震中淺，強度小，震動頻率高，影響范圍小，故稱之為微震。微震法就是記錄采礦震動的能量，確定震動的方向及震動參數，圈定出震動頻繁的區域，以便及時采取防沖監測和治理措施。②微震與其他監測方法相結合。微震監測法結合電磁輻射法、鉆屑法來進一步判別頻繁震動區域的沖擊危險程度，對于頻繁震動的區域進行電磁輻射監測，如電磁輻射強度最大值、平均值、脈沖數三個數值超過臨界值時進行鉆屑法檢測，若鉆屑法檢測鉆屑量超標，則鉆孔卸壓，卸壓后再進行驗證，若驗證孔鉆屑量還是超標將對其實施爆破卸壓。

4.2 防沖治理措施

對于因各種因素已形成的具有沖擊危險的區域，我們采用大直徑鉆孔卸壓、深孔爆破卸壓等措施予以處理。

4.2.1 大直徑鉆孔卸壓

①卸壓范圍。提前對工作面200m以外的兩順槽煤壁進行大直徑鉆孔卸壓。②卸壓鉆孔的布置。采用ZQJ

-300/6氣動架柱式鉆機打卸壓鉆孔，插銷式連接麻花鉆桿，每節長1m，鉆頭直徑Φ150mm，鉆孔間距為2.5～3m，孔深10～15m，孔距底板1.2m左右，鉆孔方向與順槽煤幫垂直。

4.2.2 深孔爆破卸壓

①卸壓范圍。在鉆屑法檢測過程中確定的具有沖擊危險的地點。②爆破卸壓孔布置方式。在檢測出沖擊地壓危險地點的巷道幫部每隔3～5m布置一個爆破卸壓孔，爆破卸壓孔直徑42mm，孔深10m，鉆孔垂直于巷中，仰角0～3°，也可利用完好的檢測孔作為爆破卸壓孔使用。③爆破眼裝藥結構?？變妊b藥長度為3.6m，均勻布置4個并聯雷管，孔外串聯連線，正向裝藥，一次起爆1個炮眼，炸藥選用礦用乳化炸藥，每個藥卷長度為150mm，每孔裝2.4kg，裝藥裝至孔底。

4.2.3 爆破卸壓后，要進行卸壓效果的檢驗，如檢驗指標仍然超限，則繼續采取卸壓措施，直至沖擊危險消除。

4.3 其它防范措施

①π型鋼梁必須采取防倒防墜落措施，用雙股8#鐵絲將棚梁固定在頂網上。②使用單體和摩擦支柱支護時，單體支柱活柱行程不得小于150mm。除采取正常防倒措施外，還要將單體和摩擦支柱用雙股8號鐵絲固定在頂網上。要用細鋼絲繩將所有單體連成一體，防止歪倒傷人，安全繩必須高1.6m以上。③管路使用軟管；施工區域內的電纜、管線要放低，并用雙股8號鐵絲將電纜鉤上下兩端和管路固定在幫網上。④距工作面200m范圍內的錨索盤、錨桿盤進行固定防崩。兩肩窩的錨桿盤必須用大板將錨桿托盤護好或鋪設一層復合網防崩。⑤采煤機在上順槽或下順槽附近割煤時巷道內的工作人員必須撤離至工作面以外150m的安全地點，并懸掛“禁止通行”牌，工作面作業人員必須躲避到支架立柱后的安全地點。⑥有沖擊危險的工作面開采期間限員進入，確因工作需要進入的人員必須經防沖辦批準并在進出入人員登記薄上簽字。

5 治理效果

通過上述措施的治理，顯著地減輕了沖擊危害程度，通過以上措施的有效落實，93上08綜放工作面沖擊地壓隱患基本得到了良好的控制，自治理以來已安全開采了八個有沖擊地壓危險的綜采（放）工作面，未出現大的沖擊地壓顯現，據此可以說明上述一系列沖擊地壓防治措施是科學有效的，它有力地保障了礦井的安全生產。

參考文獻：

[1]高興棟.南屯煤礦深部仰斜松軟煤層綜放開采的瓦斯涌出規律與防治技術研究[D].山東科技大學，2004.

[2]仉興泉.改進南屯煤礦安全管理的研究[D].上海海事大學，2006.

[3]李偉.南屯煤礦沖擊地壓防治技術研究與應用[J].煤炭科學技術，2008.

作者簡介：

嚴九林（1984-），男，江西人，助理工程師，現任南屯煤礦防沖隊技術員。