強沖擊煤層綜采工作面過高應力區域礦壓防治技術的應用

王濤 李紅平 賈兵兵

摘 要：針對寬溝煤礦E1148工作面本身在具有強沖擊傾向性的條件下，推進至上部為E114（2）2工作面的停采線附近高應力區域位置時，根據微震監測和pasta-m試驗所得出的數據分析，制定出了采用卸壓爆破解除沖擊礦壓危險的技術措施。采用綜合監測手段對爆破進行了效果檢驗，結果表明，通過卸壓爆破措施可以釋放頂板聚集的彈性能，減弱和消除工作面的沖擊礦壓危險，工作面的安全生產得以保證。

關鍵詞：強沖擊傾向性；停采線；卸壓爆破；微震監測

1 礦井概況

寬溝煤礦含煤地層為中侏羅統西山窯組，含可采及局部可采煤層7層，煤層平均厚度1.22m-9.5m；礦井相對瓦斯涌出量為1.69m3/t，絕對瓦斯涌出量為4.98m3/min，為低瓦斯礦井；煤層為不自燃-易自燃煤層；煤塵爆炸性指數值在26.34-42.96%之間，煤塵具有爆炸性。根據判定煤層沖擊傾向性4個指數各自特性，DT和UCS的隸屬度各為0.3，WET和KE的隸屬度各為0.2。判定寬溝煤礦B4-1煤屬于Ⅲ類，為具有強沖擊傾向性的煤層。

E1148綜采工作面開采煤層為B4-1煤層。平均埋深317m、走向長度1703m，E1148（1）傾向長135m，E1148（2）傾向長102m，煤層傾角10-16°，煤層平均厚度為4.2m，采高3m；煤層頂板從下往上：直接頂為粉砂巖，厚度5.7m；煤層B4-2，平均厚2.5m；老頂為粗砂巖，厚度大。底板巖層從上往下：直接底為層狀中砂巖，厚度5.2m；老底為粗砂巖，厚度12.99m。

E1148綜采面與上覆B4-2煤層層間距平均為9.4m。一采區西翼B4-2煤層已回采了兩個工作面，即E114（2）1、E114（2）2。E1148綜采面上順槽以南為實體煤巖層。下順槽以北為E1146采空區，兩面之間留設50m煤柱。如圖1所示。

圖1 E1148工作面布置圖

文章基于寬溝煤礦E1148工作面推至距上部E114（2）2停采線的地質條件，運用微震監測、pasta-m試驗所監測出的高應力區域，并針對高應力區域制定出了相關的礦壓防治解危措施，減少和消除了工作面的沖擊礦壓危險性，保障了工作面的安全回采。

2 高應力區域的分布狀況

2.1 微震監測結果

（1）微震事件監測分布區域

礦震是由采礦活動引起的，在采掘活動或構造應力的影響下，煤巖體積聚的大量彈性能突然釋放，造成工作面或巷道圍巖破裂、滑移和突然卸壓。在具有堅硬厚層頂板、構造區（斷層、褶曲）、覆巖活動劇烈的礦區容易發生大的礦震。開采區域內產生的礦震活動多少和能量的大小，直接顯示著工作面的應力集中情況。

如圖2所示，2013年10月份高能量微震事件分布平剖面圖。微震事件發生在工作面采掘空間周圍及超前工作面范圍。

高能量事件主要集中在三個區域，區域一：在工作面下部順槽超前支承壓力影響范圍，區域二：距離E1142（2）2停采線前方50m至工作面范圍，區域三：停采線位置及過停采線150m區域。

為2013年11月份微震事件分布。根據微震監測結果，小能量事件居多，高能事件主要集中在工作面的中部，加強工作面中部的監測。

綜上分析，微震監測危險區域為：（1）工作面下部區域。主要為工作面下部超前支承壓力影響區域。（2）工作面中部區域。高能事件主要為中部頂板的活動影響。

（a）全部事件平面圖

（d）高能量事件剖面圖

圖3 E1148工作面11月微震事件分布

（2）微震監測危險區域的確定。

根據微震監測結果，劃分重點監測和防治區域如下：a.區域I：超前支承壓力影響區域。受E114（2）2停采線影響，綜合確定微震監測確定超前支承壓力影響區域為100m，在該區域覆巖活動頻繁，高能量事件頻發。b.區域II：工作面工藝巷頂板活動劇烈的區域。在停采線前100m，該區域覆巖活動的層位高，最高達到頂板上方50m，主要集中高度在頂板上方20m。

2.2 PASAT-M探測結果

（1）探測區域分布云圖

圖4為E114（2）2停采線前后區域波速分布情況，整體波速水平高，波速值分選程度高，主要分布在2.0～5.0m/ms內，平均波速3.0m/ms。

圖4 測區波速分布（單位m/ms）

（2）探測危險區域。

根據PASAT-M探測結果，確定E114（2）2停采線危險區域：（1）區域I：869.4～918.4m范圍。該區域為強沖擊危險區域。（2）區域II：726～820m范圍。該區域為中等危險區域。

3 E1148工作面過E114（2）2停采線前后防沖技術

工作面沖擊地壓的防治方法及手段主要有頂板卸壓爆破、煤柱側向頂板爆破、煤體卸壓爆破等技術。

3.1 頂板卸壓爆破

根據鉆孔資料及在工作面推進過程頂板巖層的窺視結果，工作面堅硬頂板砂巖，厚度在17.5m，而且層間巖層裂隙發育，B42頂板粗砂巖完整性好。針對工作面頂板結構，最終確定頂板處理高度為20m。

3.1.1 巷道超前預裂爆破

超前工作面50m進行頂板超前預裂。上順槽布置兩個超前預裂孔，下順槽布置兩個超前預裂孔，工藝巷布置四個超前預裂孔，根據前期實施情況，該危險區域循環步距10m，炮眼直徑75mm。如圖5所示。

（a）平面圖

（b）剖面圖

圖5 超前預裂鉆孔布置圖

3.1.2 煤柱側向頂板爆破

為降低因北部E1146工作面采空區側向壓力的影響，同時快速的釋放50m煤柱內的應力，根據現場的實際情況，在煤柱側施工頂板爆破孔。

循環步距10m，每循環共布置1個炮孔，鉆孔長度30m，垂直巷道走向中心線布置，鉆孔和水平面的夾角29°炮孔布置如圖4-2所示。

（a）平面圖

（b）剖面圖

圖6 過E114（2）2停采線煤柱超前預裂孔布置方案圖

3.2 煤體解危方案

根據PASAT-M探測煤體應力異常區域結果，在應力異常區域進行煤體爆破卸壓。

區域I：應力異常區爆破方案。在該區域布置10個煤體爆破孔，間距5m，爆破后進行鉆屑檢驗。當工作面推進至該區域時，在煤壁位置進行該區域爆破。

區域II：應力異常區爆破方案。在該區域布置25個煤體爆破孔，距離聯絡巷29m施工第一個爆破孔，間距5m，爆破后進行鉆屑檢驗。當工作面推進至該區域時，在煤壁位置進行該區域爆破。

4 結束語

（1）E1148工作面距E114（2）2停采線60m-100m時工作面超前支承影響范圍已經與上部的停采線的影響雙重疊，該區域微震事件及能量都相對增加，解危需在超前工作面100m-150m進行。

（2）解決寬溝煤礦E1148工作面沖擊礦壓問題的關鍵是處理好工作面上方的堅硬頂板，通過煤體卸壓爆破和頂板卸壓爆破，可快速的釋放高應力，減少能量的聚集，以達到減少或消除沖擊礦壓的目的。

（3）微震事件反映著工作面應力的分布狀態即事件及能量較集中的區域為pasat-m試驗的危險區域，且以超前支護范圍內活動及能量最為頻繁。

參考文獻

[1]竇林名，何學秋.沖擊礦壓防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2001.

[2]齊慶新，竇林名.沖擊地壓理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

[3]竇林名，趙從國，楊思光，等.煤礦開采沖擊地壓災害防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，2006.