易自燃厚煤層回采工作面沖擊礦壓的防治

許德強(qiáng)，王素娜

（河南大有能源股份有限公司 常村煤礦，河南 義馬 472431）

1 工作面概況

2120工作面位于21盤區(qū)3條下山西翼，上部為已采畢的2118工作面，下部為未開掘的2122工作面，西部與已采畢的躍進(jìn)井田23010和23030工作面相鄰。工作面可采走向長度795m，傾斜長180m，可采儲(chǔ)量1.16 Mt。地表高程為+523m～+572m，井下對(duì)應(yīng)標(biāo)高為-188.692m～-118.323m，最大采深760.692m，平均采深701m，傾角9°～15°。

本工作面地質(zhì)構(gòu)造較簡單，掘進(jìn)過程中，在上巷揭露斷層1條，為正斷層，落差1.5m，傾角55°，下巷揭露斷層3條，均為正斷層，落差分別為：1.5m、0.5m、0.4m，對(duì)回采影響不大。

2 沖擊影響因素分析

2.1 煤巖的沖擊傾向性

根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)試驗(yàn)測定結(jié)果，煤層煤樣的彈性能指數(shù)4.88，沖擊能指數(shù)2.65、動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間170ms，煤樣的沖擊傾向性為弱沖擊傾向。常村煤礦2～3煤層上覆砂巖巖樣的彎曲能指數(shù)0.22kJ，煤巖樣的沖擊傾向性為弱沖擊傾向。

2.2 開采深度影響

2120工作面平均采深為701m，處于沖擊礦壓危險(xiǎn)增加深度。

2.3 斷層等地質(zhì)構(gòu)造的影響

該工作面共揭露4條斷層，造成斷層水平運(yùn)動(dòng)的殘余構(gòu)造應(yīng)力依然存在，上方巖層的自重、已開采區(qū)域上方巖層向工作面位置滑移的重力分力，同時(shí)作用在工作面位置。因此，斷層地區(qū)屬于高應(yīng)力積聚區(qū)，故斷層在一定程度上可能會(huì)對(duì)沖擊礦壓的發(fā)生造成一定影響。

2.4 煤層厚度的變化

2120工作面煤層從煤軌向西至設(shè)計(jì)切眼，厚度逐漸變薄，厚度變化較平緩，但不排除個(gè)別地方及其它工作面出現(xiàn)煤層厚度急劇變化，這些厚度變化較為急劇的地方就可能有沖擊礦壓發(fā)生的危險(xiǎn)。

2.5 遺留煤柱對(duì)沖擊礦壓的影響

2120工作面西部正對(duì)躍進(jìn)礦23010和23030工作面采空區(qū)，2120切眼與躍進(jìn)礦23010和23030工作面采空區(qū)中間平均煤柱寬度為88.5m，形成高應(yīng)力區(qū)。

2120面上部為本礦2118工作面采空區(qū)，2120上巷距離2118工作面下巷凈煤柱為6m，開采過程中上巷應(yīng)力集中系數(shù)較小，沖擊危險(xiǎn)減小，下巷應(yīng)力集中較高，沖擊危險(xiǎn)較高。

2.6 切眼和停采線附近的應(yīng)力分布對(duì)沖擊的影響

依據(jù)2120工作面的實(shí)際巖層條件，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬和現(xiàn)場應(yīng)力實(shí)測。巷道切眼貫通后，在工作面的上、下端頭出現(xiàn)較高的應(yīng)力，且分布區(qū)域較大，停采線附近垂直應(yīng)力升高了3 倍。因此在工作面切眼和停采線附近要加強(qiáng)防沖管理。

3 回采期間防沖設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)測預(yù)警

（1）電磁輻射監(jiān)測

利用KBD-5型、KBD-7型電磁輻射儀對(duì)工作面超前350m 范圍進(jìn)行流動(dòng)和在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。KBD-5型電磁輻射儀測點(diǎn)布置在上巷下幫、下巷上幫，前100m 間距10 m，后250 m 間距20 m，每點(diǎn)監(jiān)測2 min，每天監(jiān)測一遍。KBD-7型電磁輻射儀對(duì)工作面前方防沖重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測（見圖1）。

圖1 2120工作面電磁輻射儀監(jiān)測示意

監(jiān)測預(yù)報(bào)指標(biāo)為脈沖數(shù)、幅值平均值、幅值最大值，利用監(jiān)測電磁輻射的脈沖數(shù)、幅值平均值、幅值最大值的大小及變化趨勢(shì)對(duì)工作面進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)。電磁輻射的沖擊危險(xiǎn)預(yù)報(bào)值定為：強(qiáng)度65mv，脈沖70。

（2）地音監(jiān)測系統(tǒng)

ARES一5／E 地音監(jiān)測系統(tǒng)布置：上下巷各布置2個(gè)探頭，距工作面80m 處安裝1個(gè)探頭，距工作面160m 處安裝1個(gè)探頭（見圖2）。

圖2 2120工作面地音監(jiān)測探頭布置

（3）煤粉監(jiān)測

當(dāng)電磁輻射儀監(jiān)測、地音儀監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時(shí)，及時(shí)利用鉆屑法進(jìn)行校核檢驗(yàn)，鉆孔定位在異常區(qū)內(nèi)，采用孔徑為42mm，孔深25m，間距5～6m 的鉆孔（見圖3、圖4）。

圖3 鉆孔布置縱剖面

圖4 鉆孔布置橫剖面

標(biāo)準(zhǔn)煤粉量定為2.4kg／m，當(dāng)兩種監(jiān)測手段均有沖擊危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)實(shí)施解危措施，直至消除沖擊危險(xiǎn)。

3.2 礦壓觀測

采用KJ216頂板動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行工作面支架阻力監(jiān)測，為工作面回采期間提供可靠的頂板來壓和超前應(yīng)力影響范圍預(yù)報(bào)。綜合以上監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，確認(rèn)工作面無沖擊危險(xiǎn)后，方可進(jìn)行生產(chǎn)。

（1）綜采支架壓力監(jiān)測

2120工作面有綜采支架122架，11架安裝1臺(tái)壓力檢測分機(jī)，共需11臺(tái)壓力分機(jī)，第1臺(tái)和第11臺(tái)安裝于工作面端頭支架。

（2）上下巷頂板離層和錨桿應(yīng)力監(jiān)測

2120上巷50m 位置開始安裝1號(hào)頂板離層傳感器，以后每100m 安裝1臺(tái)，共需安裝9臺(tái)頂板離層傳感器；上巷口50m 開始安裝1號(hào)錨桿應(yīng)力傳感器，以后每50m 安裝1臺(tái)，共需安裝17臺(tái)錨桿應(yīng)力傳感器。

2120下巷50m 位置開始安裝10號(hào)頂板離層傳感器，以后每100m 安裝1臺(tái)，共需安裝10臺(tái)頂板離層傳感器；下巷口50m 開始安裝1號(hào)錨桿應(yīng)力傳感器，以后每50m安裝1臺(tái)，共需安裝20臺(tái)錨桿應(yīng)力傳感器。

（3）超前應(yīng)力監(jiān)測

2120切眼前200m 向外開始，每20m 安裝1臺(tái)鉆孔應(yīng)力傳感器，上巷和下巷各安裝5臺(tái)（見圖5）。

圖5 2120頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采場測點(diǎn)布置示意

4 防治措施

工作面在回采期間針對(duì)所有沖擊危險(xiǎn)區(qū)域采取綜合防沖解危措施，包括：卸壓爆破、煤層注水、鉆孔卸壓和下拐頭強(qiáng)制放頂爆破等。

4.1 卸壓爆破施工設(shè)計(jì)

卸壓爆破布置范圍：2120上下巷各沖擊危險(xiǎn)區(qū)域；預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測出存在沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。

炮眼布置方式及爆破參數(shù)：炮孔垂直煤壁單排布置，距底板1.5 m，炮孔間距均為10 m，孔深25 m，孔徑42 mm。炮孔單孔裝藥量為6kg，鉆孔沿煤層傾向布置，巷道上幫鉆孔角度為+11°，下幫鉆孔角度為-11°。采用水泡泥配合封堵劑封孔，封孔長度6.5m，采用正向裝藥，雙雷管并聯(lián)起爆（見圖6）。

圖6 2120工作面卸壓爆破鉆孔布置平面

4.2 煤層注水設(shè)計(jì)

（1）注水參數(shù)

預(yù)注水實(shí)施指標(biāo)定為：含水率增值不小于1.5%，煤層濕潤時(shí)間為靜壓注水20天，高壓注水以煤壁反水為準(zhǔn)。

注水孔布置：工作面上巷下幫和下巷上幫間隔45 m開設(shè)注水鉆場。鉆場內(nèi)分散布置3個(gè)注水鉆孔，鉆孔垂直煤壁單排布置，沿煤層傾角打設(shè)，距底板1.2m，鉆場間隔部分布置40m 深鉆孔靜壓注水系統(tǒng)，切眼采取淺孔注水，鉆孔垂直煤壁單排布置，孔間距為5m，鉆孔角度為+16°，距頂煤1.2m（見圖7）。

圖7 2120工作面煤層注水鉆孔布置平面

單孔注水量：130m 深鉆孔單孔注水量為532.35m3；60m 鉆孔單孔注水量為245.7 m3；40 m 鉆孔注水量為163.8m3；8m 鉆孔單孔注水量為8.19m3。

4.3 效果檢驗(yàn)

根據(jù)電磁輻射監(jiān)測、鉆屑法煤粉監(jiān)測，礦壓監(jiān)測、地音監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測、鉆孔應(yīng)力計(jì)等監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)深孔卸壓爆破措施、煤層高壓注水等防治措施對(duì)沖擊地壓防治效果進(jìn)行驗(yàn)證，確定無沖擊危險(xiǎn)或沖擊危險(xiǎn)消除后方可生產(chǎn)。

5 結(jié)語

1）通過對(duì)2120工作面煤巖沖擊傾向性、采深、地質(zhì)構(gòu)造、煤柱等因素對(duì)沖擊影響分析，確定該工作面為防沖的重點(diǎn)區(qū)域。

2）回采期間采用監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和礦壓觀測對(duì)沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域。

3）該區(qū)域鉆屑法監(jiān)測沖擊礦壓的監(jiān)測指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)煤粉量為2.4kg／m。

4）采取卸壓及煤層注水等綜合防護(hù)措施，使巷道的高應(yīng)力區(qū)向深部轉(zhuǎn)移，減小巷道周邊的應(yīng)力集中程度，從而降低沖擊礦壓發(fā)生的可能。