深井弱沖擊傾向性煤巖層防沖實踐

張繼周

(江蘇安全技術職業學院安全工程系)

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深井弱沖擊傾向性煤巖層防沖實踐

張繼周

(江蘇安全技術職業學院安全工程系)

某礦7447綜采工作面超前采取大直徑鉆孔卸壓措施，在回采過程中主要以微震監測、電磁輻射法、鉆屑法以及常規礦壓觀測等方法綜合預測為主，若預測指標達到或超過臨界值、有異常動力現象時，重新評估并編制專項治理措施進行消沖、解危。通過對該礦74447綜采工作面的防沖措施進行詳細分析，供類似礦山參考。

沖擊地壓微震監測電磁輻射監測鉆屑法措施

某礦7447綜采工作面走向長1 100～1 190m，平均1 150m，傾向長169～175m，平均171m，煤層結構較簡單，煤厚1.1～2.5m，平均2.3m，可采儲量為57.46萬t。7747綜采工作面標高-980～-1 080m，地面標高+41.1～+42.0m。在綜合考慮安全生產效率、煤質等因素的基礎上，確定該工作面采高2.3～2.8m，平均2.6m，采用走向長壁后退式綜合機械化采煤工藝，采用MG400/930-WD型采煤機、ZY6000/15/29、ZYG6000/15/29型掩護式液壓支架、SGZ800/800型刮板輸送機。該礦-1 010m水平7#煤及其頂板屬Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的煤巖層，7447綜采工作面屬弱沖擊危險區域，因而有必要對該工作面防沖措施進行研究。

1　沖擊危險預測預報

1.1微震監測

當前微震系統的使用已較成熟，微震監測系統中心站執行24h值班制度，當震動事件能量超過1.0×105J時，微震監測人員應立即匯報給微震工程技術人員進行復檢，對于確認超過震動能量臨界值的微震事件，應及時與微震定位點附近的采掘工作面聯系，詢問并記錄現場礦壓顯現、動力現象及震動破壞情況，并及時下發微震監測系統預警書。若井下工作面現場有沖擊事件發生時，應立即向調度室匯報，由調度室詢問井下地點的實際情況并匯報給礦方相關領導，并向集團公司生產技術部匯報，迅速啟動沖擊地壓事故應急預案進行應急救援。當微震系統未發現7447綜采工作面及其周邊有異?，F象時，該工作面可正常生產，當微震系統監測到礦震活動異常(礦震頻次增大、大能量震動次數增多等)時，由防沖科向生產單位及防沖工區下達微震監測預警通知，并最遲在24h內對微震監測異常區域采用電磁輻射法進行監測。如無異常，可解除該處預警；若電磁輻射數據仍顯示異常，則需根據下列情況采取不同方案：

(1)數據異常區域存在干擾因素(如周圍有采區主要動力電纜、電纜群、開關群組、變電所、風機等)，且無法排除時(如某些巷道懸掛有數條主要動力電纜，或異常區域位于變電所附近等，無法全部進行停電處理)。用鉆屑法對該區域進行最后的驗證，在異常區域煤體內以2～5m間距施工鉆屑法預測鉆孔，直徑42mm，孔深8m(有斷層等地質構造致使鉆孔深度未及8m便見巖時，應在距原孔不小于1m處重新施工預測鉆孔，若仍無法達到8m，則以見巖為止)，方向垂直于煤壁并沿頂板傾向。當整個區域內鉆屑總量及粒徑大于3mm的塊狀顆粒量均未超標時，可認為該區域無沖擊危險，否則須采取相應的解危措施。

(2)數據異常區域無干擾因素。當確認無其他干擾因素、電磁輻射數據仍顯示異常時，可認為該區域內存在沖擊危險，并采取相應的解危措施。

1.2電磁輻射監測

采煤面上均勻布置6個電磁輻射測點，材料道和皮帶機道超前布設于300m范圍內，在回采煤體一側每隔25m布設一個測點，當兩道長度不足300m時，兩道各均勻布置10個測點，當兩道長度不足100m時，每10m布設一個測點。工作面及其超前300m范圍內(當距停采線不足300m時監測兩道全長)每4d至少進行一次電磁輻射預測。當微震監測系統未顯示7447綜采工作面區域范圍有異?，F象時，應每旬對該工作面超前300m以外可能受到采動干擾的區域進行一次電磁輻射監測，測點按照20m間距布置，預測范圍應完全覆蓋一般及中等危險區域，并包含外圍可能受到采動影響且經常行人運料的地點。隨著工作面的推進，當兩道后方的一般及中等危險區域逐步處于超前300m范圍內時，無需每旬單獨對其進行預測，每4d對超前300m范圍進行整體預測即可，7447綜采工作面區域性電磁輻射監測的測點布置如見圖1所示。當監測數據顯示異常時，若能夠確認無干擾因素，并可直接判定數據異常區域存在沖擊危險，則直接進入解危作業階段；若無法確認已排除了所有受干擾因素，則需用鉆屑法對該區域進行驗證。在異常區域煤體內以2～5m間距施工鉆屑法預測鉆孔，直徑42mm，孔深8m(有斷層地質構造致使鉆孔深度未及8m便見巖時，應在距原孔不小于1m處重新施工預測鉆孔，若仍無法達到8m，則以見巖為止)，方向垂直于煤壁并沿頂板傾向。當整個區域內鉆屑總量及粒徑大于3mm的塊狀顆粒量均未超標時，可認為該區域無沖擊危險，否則須采取相應的解危措施。

圖1　7447綜采面區域電磁輻射測點布設

1.3鉆屑法

通過在煤層中打直徑42～50mm的鉆孔，通過測量排出的煤粉量及粒徑大于3mm的塊狀顆粒量與臨界值進行對比，鑒別煤巖層是否具有沖擊危險性。鉆孔深度對應的臨界值見表1。當鉆屑總量超過臨界值，或塊狀顆粒超過鉆屑總量的1/3，或鉆進過程中出現嚴重卡鉆、吸鉆、煤炮增多等異?，F象時，可判定所測地點具有一定的沖擊危險性。

表1　7447綜采工作面鉆屑量臨界值

(1)鉆孔施工參數。ZQS-35手持式氣動鉆機(風煤鉆)及配套麻花鉆桿和鉆頭；直徑42mm、長1 000mm麻花鉆桿；鉆頭直徑42mm；鉆孔深度不小于8m(若有斷層等地質構造致使鉆孔無法達到8m時，應在距原孔不小于1m處重新施工預測鉆孔，若仍無法達到8m，則以見巖為止)；鉆孔位置為底板向上0.6～1.0m處(有斷層等構造時適當調整其高度，使之布置于煤層內)。

(2)鉆孔布置。鉆孔布置于煤層內，垂直于煤壁、平行于層面。出現斷層、構造時，可適當調整鉆孔位置。當煤厚小于1m時，可暫不施工鉆孔，迎頭中間布置一個鉆孔，每推進20m，左幫及時進行預測布置一個鉆孔，要求靠近迎頭處兩幫預測孔滯后迎頭不超過20m。

(3)預測時間。在配合電磁輻射預測時，進行電磁輻射預測后每推進20m(或3～4d)至少進行一次預測。無電磁輻射預測時工作面推進距離不得超過預測孔長度減去2m后的數值。過應力集中區時應每天進行鉆屑法預測。停頭期間不進行預測，停頭3d以上恢復生產前一個班用鉆屑法或電磁輻射法進行預測。當輻射儀發生故障無法正常使用或迎頭壓力增大動力現象明顯時，應每天進行鉆屑法預測；當判定有沖擊危險時，應每班進行鉆屑法預測，直至動力現象基本消失且鉆屑量指標連續一周正常后，方可恢復至一般的預測頻率。

1.4常規礦壓觀測

工作面三班驗收員、班長以及跟班負責人應對巷道內的礦壓進行觀測，若發現支架變形及錨桿錨索崩斷情況較嚴重、煤炮頻繁、煤壁外鼓、打眼易卡鉆吸鉆等異常動力現象時，應及時向調度室和防沖科匯報。

2　沖擊地壓解危措施

2.1超前防治措施

對于中等沖擊危險區域，應采取超前防治措施，即未監測到沖擊征兆時也在該處采取相關的減弱沖擊危險性措施。超前防治措施采取大直徑鉆孔卸壓及高壓注水方案。

(1)注水孔參數。設計孔深不小于40m，鉆孔直徑113mm，封孔長度5m，封孔方式為AB膠或水泥配合1.5寸pvc管路進行封孔，或直接采用膠囊封孔。

(2)注水要求。先用防塵水壓力注20min，若注水孔不漏水，周邊煤壁、錨桿孔未出水且相鄰注水孔也未出水時，使用高壓低流量注水泵進行加壓，每20min加壓0.2MPa，直至壓力無法再上升為止。

(3)安全技術措施。在高壓注水期間，無關人員應避開注水孔30m以外，若需觀察釋放孔出水情況時，則應快進快出，嚴禁正對正在注水的鉆孔。若注水期間有嚴重動力現象發生時(煤炮頻繁、煤壁外鼓、片幫掉渣等)，應暫停注水，人員撤離至300m以外，待確認無危險后方可再次施工。

2.2一般性措施

在沖擊危險區域施工大直徑卸壓鉆孔，深度達到應力峰值區域。當大直徑鉆孔施工完畢，仍未達到理想的卸壓效果時，在卸壓鉆孔內進行高壓注水，濕潤、致裂煤體進一步進行卸壓。若仍未達到卸壓效果，則采用卸壓爆破方法進行解危。

3　結　語

某礦7447綜采工作面采取本研究提出的解危措施后，在沖擊危險區域每隔10m施工一個預測鉆孔，預測孔應盡可能遠離卸壓孔及注水孔，孔深不小于8m，高度距底板1.0～1.5m，當任一鉆孔的每米鉆屑量未超過臨界值、粒徑大于3mm的塊狀顆粒量未超過總重量的30%，且無明顯吸鉆、卡鉆等異常動力現象時，可認為該區域無沖擊危險。

2016-06-01)

張繼周(1973—)，男，講師，221011 江蘇省徐州市賈汪區育才路1號。