掘進工作面沖擊地壓的防治

范 勇

（河南大有能源股份有限公司，河南 義馬 472431）

1 工作面概況

13210下巷位于東三采區東翼，北側為正在回采的（2-3）13190工作面，西部和南部為未開采的2～3煤實體，東與千秋礦邊界煤柱相隔。下巷標高+1m～+45m，地面標高+625 m～+656 m，平均采深600 m。走向長度1050m，煤層傾角10°～14°。直接頂為灰黑色、黑色泥巖、粉砂質泥巖，平均厚度20.5m；老頂為總厚度大于100m的堅硬砂巖；煤層直接底為深灰色泥巖，厚1.2～4.20m，平均2.50m；該工作面所采煤層為2～3煤，含夾矸3～5層，煤層厚度平均為9m，該面地質構造條件較簡單，煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構造，高瓦斯、煤層極易自燃、具有強沖擊危險傾向。

2 沖擊危險性分析

2.1 煤巖的物理力學特性

根據中國礦業大學試驗測定結果，煤層單向抗壓強度值為16.0 MPa，煤的平均彈性能指數為16.6，平均沖擊能指數為9.2，其沖擊傾向性為強沖擊。

2.2 開采深度影響

13210工作面采深為583～617m，平均采深600m，處于沖擊礦壓危險增加深度。

2.3 沖擊礦壓危險性評價

13210下巷地質因素分析計算該面沖擊危險指數為0.58；根據開采技術條件分析計算沖擊危險指數0.42。則由此可知，沖擊危險性指數為0.58，為中等沖擊危險性。在沖擊危險性影響因素中，地質因素起著決定性作用。

3 掘進期間防沖設計

3.1 巷道支護設計

13210工作面上下巷掘進采用錨網索+36 U 型棚復合支護。底板控制以分次落底為主，一次性落底不超過1 m，巷高度不低于4.0m，巷道支護見圖1。

3.2 預測預報

（1）KBD5電磁輻射監測。迎頭布置3個點，中心及距上、下幫0.5m 各布置一個測點，進行沖擊危險性預報；兩幫距掘進頭200m 范圍布置測點，窩頭向外前100m 每隔10m 一個測點，超過100m 每隔20m 一個測點，測點滯后不超過10m。臨界強度值65mv，脈沖值70。

圖1 巷道支護平面

（2）鉆屑法監測。電磁輻射監測異常區域及時采用鉆屑法進行校測。采用直徑42mm 鉆頭，孔深10m，鉆孔位于巷道正頭中心，鉆眼方向和巷道掘進方向一致。校驗標準：距煤壁4～10m 的范圍內出現每米煤粉量大于臨界值5kg，認為存在沖擊危險。

（3）礦壓監測。每50 m 掘進巷道安裝1臺頂板離層動態監測儀；在巷道兩幫左右各設1個錨桿受力監測點，每根錨桿安裝1臺載荷傳感器，地面實時監測系統實時接收井下監測站的數據，巷道離層在線監測系統安裝示意見圖2。

圖2 巷道離層在線監測系統安裝示意

（4）礦震監測。利用礦震系統通過對井下礦震監測，實行數據不間斷傳輸。根據煤炮發生次數及動力能量記錄，分析應力集中區域的分布情況，為準確的預測預報動力災害提供依據。

3.3 卸壓方案

下巷掘進期間巷道正頭利用卸壓爆破卸壓，上幫利用卸壓炮、高壓注水聯合卸壓，下幫利用卸壓炮、卸壓硐室聯合卸壓。

（1）爆破卸壓。下巷掘進期間卸壓工程施工爆破孔布置見圖3；迎頭布置爆破孔2個，沿巷道方向水平鉆進，垂直于煤壁，2個裝藥炮孔孔口距底板1.0～1.5m，距上、下幫各1.0m，鉆孔孔深15m。上下幫爆破孔間距5m，深度20m，滯后掘進正頭不大于15m。掘進正頭深孔卸壓爆破后用鉆屑法進行檢驗，眼深12m，檢驗范圍4～12m，臨界值暫定5kg并根據動力監測情況及時修正優化，無沖危險后可掘進10m，以此循環。

（2）卸壓硐室。在下巷下幫每40 m 施工一個卸壓硐室，深×寬×高為：4 m×4 m×2.5 m，支護形式：錨網支護。

圖3 下巷掘進期間卸壓工程施工示意

（3）高壓注水。在上巷下幫每30 m 施工一個注水鉆場，對煤體進行高壓注水，注水孔布置形式見圖4。注水孔直徑為76mm；注水壓力不低于12 MPa，每孔流量5m3／h；注水實施指標為含水率增值為2.0%。

圖4 注水孔布置形式

注水量根據公式Q=K·T·W／100q 和T=L·S·M·γ／n進行計算。

式中：Q 為個注水孔的注水量，m3；q為水的密度，g=1t／m3；K 為富余系數，一般為1.2～1.55；T 為個注水孔承擔的濕潤煤量，t；W 為預計含水率增值，%；L為待注水煤體在鉆孔軸向方向的尺寸，m；S為注水孔間距，m；M 為注水孔附近煤層平均厚度，m；γ為煤的密度，t／m3；N 為注水孔個數，取3。

根據計算得Q=1100m3。

3.4 壓風自救系統設計

下巷行人側每50 m 安裝一組壓風自救裝置，每組5套，最后一組距窩面10～15 m，安裝高度為橫桿距底板1.5m，供風管路為巷內壓風管。

3.5 防治措施的效果檢驗

解危爆破后，先用電磁輻射儀結合鉆屑法進行解危效果監測，確認危險解除后，方可進行正常作業。否則必須再采取解危措施，如此循環，直至危險解除。

4 結語

13210下巷通過采用松動爆破、煤層高壓注水卸壓硐室等解危措施，弱化巷道及工作面周圍煤巖強度，減弱以至杜絕沖擊地壓的發生。巷道變形破壞情況也得到較大程度的改善。耿村煤礦的成功經驗也為具有沖擊傾向性的易自燃特厚煤層的開采提供了借鑒。