深井復雜條件下巷道危險區(qū)域沖擊地壓防治研究：以唐口煤礦為例

郭曉勝，崔保閣，黨紅蔻

(山東能源淄礦集團唐口煤業(yè)公司，山東 濟寧 272100)

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深井復雜條件下巷道危險區(qū)域沖擊地壓防治研究：以唐口煤礦為例

郭曉勝，崔保閣，黨紅蔻

(山東能源淄礦集團唐口煤業(yè)公司，山東 濟寧 272100)

唐口煤礦6305工作面煤層具有強沖擊傾向性、頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性，巷道沖擊地壓問題顯著。在綜合分析地質(zhì)因素的基礎上，預測劃分出工作面兩巷道分別存在重度危險區(qū)域2個，中度危險區(qū)域2個。通過在巷道掘進過程中采用應力在線監(jiān)測預警系統(tǒng)、微震監(jiān)測系統(tǒng)和鉆屑法檢驗，并重點監(jiān)測預測危險區(qū)域，最終確定巷道沖擊危險程度，并采取相應的預防措施。結果表明，逐級采用卸壓爆破法與大直徑鉆孔卸壓法對沖擊地壓進行防治，能有效降低沖擊地壓的危險性。

深井復雜條件；沖擊地壓；危險區(qū)劃；監(jiān)測預警；防治技術

隨著我國煤礦開采深度越來越大，沖擊地壓發(fā)生頻次不斷增多，沖擊地壓逐漸成為國內(nèi)外煤礦開采中所發(fā)生的主要災害之一，嚴重威脅安全生產(chǎn)[1-2]。因此，對危險區(qū)域進行劃分，并采取有效措施防治沖擊災害的發(fā)生顯得尤為重要。在沖擊地壓危險性評價與防治方面，我國學者進行了大量研究，取得系列的研究成果。潘一山等[3]將3項沖擊傾向性新指標與4項傳統(tǒng)指標相結合，有效提高了煤層沖擊危險性評判的精確性與可靠性；竇林名等[4]基于研究影響沖擊地壓發(fā)生地質(zhì)因素權重的基礎上，建立了沖擊地壓危險性評價的綜合指數(shù)法；齊慶新等[5]建立了沖擊地壓的摩擦滑動失穩(wěn)模型，解釋了沖擊地壓的發(fā)生機理，提出了沖擊地壓的應力控制理論；劉金海等[6]、王德超等[7]利用應力在線監(jiān)測和微震技術對深井沖擊危險性進行監(jiān)測；王應啟等[8]、郝育喜等[9]、王傳鵬等[10]、周澎[11]針對不同地質(zhì)條件下沖擊地壓發(fā)生的條件，提出了不同的卸壓解危措施。本文對唐口煤業(yè)6305工作面掘進巷道的沖擊地壓危險區(qū)域進行研究，結合應力監(jiān)測預警系統(tǒng)，并提出了主動防治措施。

1　工作面概況

6305工作面為唐口煤礦630采區(qū)首采工作面。工作面四鄰無采掘情況，且工作面上方無可采煤層，下方各煤層均未開采，無采空區(qū)。工作面走向長1596m，傾向長200m。開采3#煤層，平均厚9.6m，傾角平均4°，埋深990m。煤層直接頂泥巖厚0～5.3m，老頂厚為0～2.5m粉砂巖，底板為厚0～2.8m粉砂巖。3#煤具有強沖擊傾向性，其頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性。

2　工作面巷道沖擊礦壓危險區(qū)劃分

對于6305工作面掘進期間危險區(qū)的劃分，結合工作面煤層強沖擊傾向性、大埋深、頂?shù)装鍘r層弱沖擊傾向性等因素，重點分析斷層、褶曲及煤巖交接區(qū)域因素的影響。

2.1過斷層和褶曲危險區(qū)域

根據(jù)6305工作面實際揭露資料分析，當軌道順槽掘進至距切眼276m時，將會揭露落差11m的EF27斷層；掘進至距切眼39m會揭露落差2m的FF46斷層。皮帶順槽掘進中將揭露落差16m的EF46斷層，對掘進影響較大。當掘進工作面推進至斷層附近時，會引起斷層本身的突然錯動，造成煤體彈性能的瞬間釋放。因此，當推掘進面推進至距落差大于3m的斷層50m范圍時，應加強順槽監(jiān)測并采取防范措施。兩順槽在掘進過程中還要通過部分褶曲，但由于這些褶曲的角度不大，所以對掘進的影響較小。

2.2煤巖交接區(qū)域

軌道順槽掘進過程中，揭露EF27斷層時先由煤層到巖層，再由巖層掘進到煤層。皮帶順槽掘進過程中，通過6305工作面聯(lián)絡巷后由煤層掘進到巖層，揭露EF46斷層后再由巖層掘進到煤層。在煤巖交界處石門揭煤時，工作面由堅硬的巖層突然進入較松軟的煤層，工作面前方的集中應力容易發(fā)生突變，有發(fā)生煤與瓦斯突出的危險。石門揭開煤層前，必須采取防治突出措施，進行解突卸壓。

根據(jù)各種地質(zhì)因素與采礦技術因素對沖擊礦壓發(fā)生的影響，確定各種因素的影響權重，然后將其綜合起來，建立起沖擊礦壓危險性評價和預測的綜合指數(shù)法，對對工作面沖擊礦壓危險性進行評價。軌道順槽在掘進的過程中存在2個區(qū)域具有較強沖擊危險，2個區(qū)域為中等危險區(qū)域，皮帶順槽在掘進的過程中2個區(qū)域具有較強沖擊危險，2個區(qū)域為中等危險區(qū)域，如圖1所示。在掘進期間監(jiān)測到工作面周圍的斷層有活化跡象時應立即停止掘進。

圖1　6305工作面巷道沖擊危險區(qū)劃分

3　掘進巷道沖擊危險監(jiān)測方案

在皮帶順槽和軌道順槽掘進期間采用煤體應力在線監(jiān)測預警系統(tǒng)、微震監(jiān)測系統(tǒng)和鉆屑法檢驗煤體沖擊危險，并重點監(jiān)測工作面巷道預測的危險區(qū)域，從而最終確定區(qū)域沖擊危險程度。

3.1應力在線監(jiān)測

巷道掘進后，上覆巖層載荷向兩幫轉移，在兩幫煤體內(nèi)將會形成明顯應力集中。受煤體應力集中以及掘進頭震動影響，掘進頭后方區(qū)域的沖擊危險水平通常比較高，為有效監(jiān)測掘進頭后方巷道幫煤體應力動態(tài)變化，采用掘進巷道煤體應力監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)測。

鉆孔應力測區(qū)設在掘進巷道的實體煤中，從迎頭向外按間距30m布置40個測站，每個測站布置兩個測點，間距為1m，監(jiān)測深度分別為10m、15m。

圖2　卸壓爆破鉆孔布置圖

3.2微震監(jiān)測

采用ARAMISM/E微震系統(tǒng)監(jiān)測巷道的微震活動，對掘進巷道沖擊危險性進行預測預報，要在630回風大巷和630膠帶大巷布置2臺固定的拾震器，在6305工作面兩順槽隨著掘進活動的進行合理布置至少6臺拾震器，以便很好地監(jiān)測兩順槽掘進以及后繼回采過程中的微震活動。

3.3鉆屑法檢測

在巷道掘進頭及后方60m以內(nèi)區(qū)域，布置直徑42～45mm鉆孔，孔深為12m。記錄每孔每米鉆屑量，畫出正常鉆屑量曲線，用加權平均法計算出標準鉆屑量，在此基礎上，確定沖擊礦壓危險的鉆屑量臨界值。判別工作地點沖擊礦壓危險性的鉆粉率指數(shù)如表1所示。如果檢測到的鉆屑量超過臨界指標，或出現(xiàn)卡鉆、頂鉆等動力現(xiàn)象，應認為煤體處于臨界應力狀態(tài)，必須采取解危措施。

表1　判別工作地點沖擊礦壓危險性的鉆粉率指數(shù)

注：鉆屑量指數(shù)=每米實際鉆屑量/每米正常鉆屑量；正常鉆屑量為正常應力區(qū)測定的鉆屑量。

4　沖擊地壓防治措施

6305工作面掘進期間主要采用煤體卸壓爆破，卸壓后若仍存在沖擊危險，則采取煤體大直徑鉆孔卸壓。

4.1煤體卸壓爆破

在掘進過程中遇到應力集中現(xiàn)象時，在危險區(qū)域的實體煤中首先爆破煤體進行卸壓。卸壓爆破鉆孔布置如圖3所示。爆破參數(shù)：煤幫炮眼采用煤電鉆、麻花鉆桿配合Φ42mm鉆頭施工。炮眼距底板1.2m，孔深12m，間距5m，單排布置，炮眼角度平行于底板、垂直于煤幫。每孔采用反向裝藥，封孔長度8m，裝藥量2.6kg。

圖3　卸壓爆破鉆孔布置圖

4.2煤體大直徑鉆孔卸壓

掘進期間以監(jiān)測為主，監(jiān)測到?jīng)_擊危險采取爆破卸壓后，若仍存在沖擊危險，則采取煤體大直徑鉆孔卸壓解危措施。巷道每隔3.2m實施一個大直徑鉆孔，鉆孔垂直于實體煤幫，距離底板0.8～1.6m。大直徑鉆孔孔徑為Φ150mm，孔深為20m。緊跟掘進迎頭施工，滯后迎頭不超過40m。當沖擊危險解圍效果不夠明顯時，可在原鉆孔之間進一步加大卸壓密度，具體參數(shù)同上。鉆孔平面布置示意圖如圖4所示。

圖4　兩順槽掘進鉆孔平面布置示意圖

回采過程中老頂來壓及覆巖運動誘發(fā)了多次較大的壓力顯現(xiàn)，由于提前采用卸壓爆破和大直徑深孔卸壓，有效防治了沖擊地壓的發(fā)生，保護了人員和設備的安全。

5　結　論

1)6305工作面埋深大、構造復雜、所采煤層具有強沖擊傾向性及頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性的特點，工作面巷道沖擊危險性較大。

2)6305工作面巷道共劃分沖擊地壓危險區(qū)4處，劃分中等危險區(qū)4處，其余位置為一般危險區(qū)。評價結果與巷道掘進過程中動力顯現(xiàn)情況基本相符，為沖擊危險預警提供了參考。

3)對深井強沖擊傾向性工作面，采用危險區(qū)域劃分、監(jiān)測預警及主動強卸壓的防治技術后，能夠避免沖擊地壓的發(fā)生。

[1]姜福興，舒湊先，王存文.基于應力疊加回采工作面沖擊危險性評價[J].巖石力學與工程學報，2015，34(12)：2428-2435.

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[6]劉金海，翟明華，郭信山.震動場、應力場聯(lián)合監(jiān)測沖擊地壓的理論與應用[J].煤炭學報，2014，39(2)：353-363.

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[10]王傳朋，王元杰，陳法兵.集賢煤礦深部開采強沖擊危險煤層沖擊地壓防治技術[J].煤礦安全，2014，45(8)：92-94.

[11]周澎.特厚煤層綜放開采沖擊地壓防治技術與實踐[J].煤炭科學技術，2011，39(4)：35-39.

Prevention study on mining dangerous zone under complicated conditions of deep roadway：a case study of Tangkou Coal Mine

GUOXiao-sheng，CUIBao-ge，DANGHong-kou

(TangkouCoalMiningCorporation，ZiboCoalMiningGroupCorporation，Jining272100，China)

TherockburstofNo. 6305coalminingfaceisremarkableinTangkouCoalMine,becauseofthestrongbursttrendcoalandweakbursttrendroofandfloor.Basedoncomprehensiveanalysisofgeologicalfactors,dangerousassessmentsweregot.Theassessmentsindicatethattherearetwosevere,andtwomoderatedangerouszonesineveryroadway,whichareinlinewithactualobservedrockburstsituations.Inordertodeterminetheriskdegreeofrockburst,themethodsincludingstressmonitoringsystem,micro-seismicmonitoringsystem,andmethodofdrillingindexweretaken,meanwhilethedangerouszonesweremonitoredmainly.Aimingatthat,thecorrespondingpreventivemeasureswereputforward.Theresearchresultsshowthatitcaneffectivelyreducethedangeroftherockburstoccurredthatusingblastingmethodandlargediameterboreholepressurereliefmethodstepbystep.

complicatedconditionsofdeepmine；rockburst；divisionofhazardousareas；monitoringandearlywarning；preventionandcontroltechnology;TangkouCoalMine

2016-03-29

郭曉勝(1981-) 男，大學本科，畢業(yè)于山東科技大學采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在淄礦集團唐口煤業(yè)公司防沖副總工程師。E-mail：lgyloverobin@sina.com。

TD324

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1004-4051(2016)08-0105-03