厚硬覆巖動力災害影響下綜采工作面安全回采實踐

【摘 要】海孜煤礦Ⅲ101采區上覆兩層火成巖和多層堅硬厚砂巖，隨著開采面積和強度的增加，頂板活動劇烈，頻繁引發動力事件，嚴重影響礦井安全生產。針對受頂板堅硬厚巖動力災害影響的綜采工作面，在回采期間通過采取一系列防治舉措，有效減弱動力沖擊強度，消除次生災害，保證回采安全，并為類似條件下的工作面安全回采提供借鑒。

【關鍵詞】厚硬覆巖 動力災害 安全回采 防治舉措

1 引言

海孜煤礦屬煤與瓦斯突出礦井，目前礦井已開采至三水平（-700m--1000m），主采煤層10煤為突出煤層。正在開采的Ⅲ101采區位于礦井東翼，以淺與Ⅱ101采區采空區相鄰，該區域頂板覆有兩層火成巖和多層堅硬厚砂巖，隨著開采面積的增加，對開采造成一定威脅。

首采面Ⅲ1012綜采工作面面長平均173m，煤層傾角平均23°，工作面標高-662.89～-732.32m，煤厚平均3.05m。該工作面于2014年8月31日開始回采，回采期間發生大能量動力事件13次。其中105J 7次，106J 5次，107J 1次。最大一次發生在2015年1月1日，能量為4.52×107J，位于Ⅱ1019工作面采空區，井下震感較為強烈，地面有震感。

為確保安全回采，經反復研究論證，決定在Ⅲ1012綜采工作面回采期間采取一系列防治動力災害舉措，有效保障了回采安全，為其它工作面開采提供借鑒依據。

2 采區及工作面覆巖結構概況

Ⅲ101采區火成巖主要以巖床形式侵入，以7煤上最多，侵入層位具有一定的規律性，平面上呈片狀出現，在采區東翼，侵蝕邊界呈NE向展布，且合并分叉現象較為頻繁。本采區內巖漿巖距10煤層頂板110～156m，厚度為0-40m。采區東翼存在火成巖對10煤層的侵蝕現象。

Ⅲ1012工作面上覆火成巖覆蓋范圍自切眼向外511m，距10煤層頂板120～142m，厚0～26m。根據鉆孔，該區域火成巖共有兩層，層間距為48～52m，自10煤向上第一層厚0～11m，第二層厚0～26m，第一層沿7煤層頂板侵入，第二層沿5煤層侵入，兩層侵入均存在不連續性，其中在17線附近兩層火成巖較完整，在3線附近火成巖不連續，在DF12斷層附近存在斷裂、尖滅現象。

采區范圍內10煤層頂板150m范圍內存在堅硬巖層，根據鉆孔資料顯示，堅硬巖層主要以砂巖、粉砂巖為主，尤其在一區段以深區域，隨著深度增加堅硬巖增多、增厚趨勢較明顯，06-1、06-23-4孔揭露的砂巖、粉砂巖占基巖總厚度的81.7%～83.7%。分布范圍主要集中在采區中下部。

3 實施方案和舉措

3.1 區域保障措施

（1）微震監測指標。煤（巖）動力災害危險等級分微震監測預警指標為強、中等、弱、無四個等級，分別對應A、B、C、D。分級的具體參考指標見表1。

火成巖防治辦公室每天對監測到的震動事件及安全生產信息中心或區隊反饋的震動信息進行分析、總結并上報，以便及時采取進一步措施。

（2）鉆屑量預測臨界值標定。在距采掘工作面300m以外施工一組5個標定鉆孔，孔間距2m，孔深10m，孔徑φ42mm，每米取鉆屑量稱重，分別以1-5m鉆屑量（Kg/m）平均值的1.5倍和6-10m鉆屑量（Kg/m）平均值的2倍，作為預測臨界值。

（3）地面沉降觀測。建立地面沉降觀測站，動態監測巖層彎曲下沉或破斷情況。觀測原則上一個月不少于兩次，確保觀測質量。數據收集上來以后及時分析，重點研究沉降變化和沉降速度，若沉降速度變化較大，要結合微震數據進行分析，確定是否巖層活動加劇。沉降速度變化較大時，加大觀測密度，一周不低于一次，直至沉降速度恢復正常。

（4）瓦斯抽采、預警指標檢測。地面抽采孔的瓦斯抽采參數（負壓、濃度、流量）一旦發現劇變化時，及時向礦安全生產信息中心匯報。 工作面內預測煤與瓦斯突出危險性，預測指標達到臨界值時，必須采取鉆孔卸壓措施。

（5）壓風自救。壓風自救必須安設在距采掘工作面25～40m的巷道內、放炮地點、撤離人員與警戒人員所在的位置以及回風道內有人作業處，每處設置5～8個，保證平均每人的壓縮空氣供給量不少于0.1m3/min。

（6）電氣管理。井下電氣設備、電纜及小型電器的防爆性能必須符合《煤礦安全規程》和集團公司的有關規定，杜絕失爆現象。

3.2 回采工作面具體安全保障措施

（1）加強工作面礦壓觀測。采用在線監測支架初撐力和工作阻力，工作面每隔10架安裝一塊分站，該分站每隔15分鐘記錄并上傳一次支架的初撐力和工作阻力，準確掌握工作面頂板來壓情況。

（2）應力在線監測。實現工作面開采過程中相對應力變化的動態監測；監測系統傳感器，布置在沖擊危險區域范圍內，監測測點初始應力值、測點實時監測應力值，測點應力變化曲線。

（3）兩巷變形觀測。在工作面兩巷每隔50m建立一個變形觀測站，采用“十字”觀測法，對巷道變形情況進行定期觀測。

（4）工作面兩巷超前管理。兩巷超前管理范圍嚴格按作業規程要求執行，提高上下端頭和切頂線的支護強度，巷道斷面不小于設計斷面的70%，單體支柱初撐力不小于70KN。

（5）工作面風巷超前順層卸壓鉆孔。工作面風巷施工大孔徑順層卸壓鉆孔，開孔間距2m，孔深不小于60m，鉆孔直徑Φ133mm。鉆孔施工過程中孔內瓦斯無異常，終孔后鉆孔不封堵，自然釋放孔內瓦斯；若孔內瓦斯異常，則臨時用Φ50mm的PE封孔管進行封孔，并及時合茬抽采瓦斯。

（6）工作面內順層超前卸壓鉆孔。工作面生產班割煤前，在工作面風巷順層大直徑卸壓鉆孔未控制區域至機頭向上20m范圍內施工超前卸壓鉆孔，要求與風巷順層大直徑卸壓孔壓茬不小于10m?？咨畈恍∮?25m，孔間距 5m，孔徑不小于75mm。每循環卸壓孔超前距不小于20m，即允許回采不超過5m。

（7）工作面注水。工作面內實施淺孔動壓注水，孔深10m，孔間距5m，孔徑Φ42、60mm，工作水壓不小于6Mpa。

工作面前方兩巷利用預抽鉆孔實施深孔靜壓注水，注水范圍為煤壁前方40m。

（8）工作面控制推進度。當工作面發生大能量微震事件或工作面回采期間震動發生較頻繁，則控制推進度，根據降低推進度后，震動事件發生的能量及頻次情況再相應調整具體推進度。

（9）加強工作面特殊時段、地段管理。特別是工作面過斷層、煤層異常區域、周期來壓和“見方”前后50m范圍，及時分析微震能量、頻次、預測指標（△h2、Smax）、瓦斯濃度、支架工作阻力等參數，合理提出預警級別，指導工作面安全開采。

（10）工作面上、下隅角沿走向每 10m 施工一個隔離帶，采用碎矸充填，厚度不小于2m。

（11）割煤期間，工作面下風側及回風系統停電、撤人、設置警戒。

（12）工作面出口向外150m范圍內，禁止存放剛性材料，臨時物料存放在巷道底板底角處，并碼放整齊生根固定。

（13）控制工作面總人數，生產班限制總人數不超過26人。

4 效果

事實表明，采取一系列舉措后，特別是限制工作面推進度后，礦震無論從頻率還是從能量來看，都有所減弱，未發生大于105J以上能量的動力事件，有效保障了回采安全，為下一步其它類似條件塊段的安全開采提供了寶貴的經驗，起到了很好的借鑒意義。

參考文獻：

[1]錢鳴高，石平五，許加林.礦山壓力與巖層控制.中國礦業大學出版社，2010（2）.

[2]徐永圻.煤礦開采學.中國礦業大學出版社，1998.

作者簡介：朱性周（1979—），男，漢族，中共黨員，采礦工程師，國家注冊安全工程師，2002年畢業于華北科技學院采礦工程專業，現在淮北礦業股份有限公司海孜煤礦從事生產技術管理工作。