深部復雜條件沿空掘巷防沖技術研究

劉超++楊濤

摘 要：隨著煤炭資源的不斷回收，開采深度日益增加，特別是孤島工作面的形成，沖擊地壓已成為威脅礦井安全的主要災害之一。而面對突發性較強的沖擊災害，除了采取必要的卸壓解危措施外，還要依靠先進的科技手段，超前預防，科學分析，有針對性的進行卸壓解危處理，及時消除沖擊危險，有效指導生產。

關鍵詞：防沖技術；掘進；微震

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.048

1 工作面概況

朝陽煤礦主采3下煤層，經鑒定3下煤層具有沖擊傾向性。3108工作面位于朝陽煤礦三一采區中部，東鄰3107采空區，西鄰3108（西）采空區，工作面標高為-740m～-720m。3108工作面煤巖層總體形態為一寬緩向斜，軸向NE，向SW傾伏，傾角7°～14°，斷層附近傾角變化較大，局部有起伏。3108材料道沿3108（西）工作面采空區掘進，中間留設3.5米煤柱。巷道開門點位于F2、F3斷層交匯處，從開門點掘進135米到3108（西）工作面停采線位置。

3108材料道掘進期間利用SOS微震監測系統收集現場震動，并進行震源的定位和能量計算、統計等工作，當監測到大能量事件時結合現場動壓顯現情況進一步分析，判斷震動的機制和沖擊危險程度；利用KJ551煤體應力在線監測系統對整個巷道煤體應力情況實時監測，當應力值升高出現預警，及時在異常區域采取卸壓解危措施；利用鉆屑法進一步驗證監測和卸壓解危效果，經檢測無危險時方可恢復采掘活動。

2 監測規律分析及防沖措施

3108材料道自掘進以來，產生的微震事件（圖1），根據微震事件形成分布規律分階段進行分析。

（1）巖巷段掘進微震活動很少，進入煤巷段施工卸壓孔伴有小煤炮、煤粉由粉末狀，并且隨著掘進深入逐漸變為小顆粒狀。微震監測定位事件發現主要集中在F2、F3斷層處、巷道實體煤側和3108（西）工作面實體煤柱中，其事件影響范圍至超前20米。巷道掘進至70米時現場卸壓出現卡鉆、吸鉆、煤粉量增多、塌孔等動壓顯現，此時事件影響范圍到達超前30米，微震活動呈現一個整體快速上升過程。

此階段的微震事件分布與現場采掘活動密切相關，與卸壓過程所表現的動壓顯現信息相對應。由于F3斷層切割作用的形成大致三角形狀孤島煤柱，以至留設的煤柱寬度變化較大，煤柱本身的原巖應力很高，應力集中程度很大。受采掘活動影響和卸壓影響，煤巖系統所儲存的彈性能釋放，釋放所儲存的彈性能而達到卸壓狀態，能量以震動波形式對外傳播，形成此階段微震事件分布。

針對現場所表現的動壓顯現信息和監測情況，采取一些針對性的卸壓解危措施，一是降低巷道掘進進度，緩解應力集中程度。側重力量保證迎頭區段超前、幫部卸壓、幫部爆破卸壓等施工質量。二是在內幫緊跟扒裝機向外依次施工重復卸壓孔，先以3米的卸壓間距將卸壓孔施工，然后在前期間距3米重復卸壓孔中間補打一組，孔深均為20米。三是在后路增加順巷單體護頂措施，要求單體支設間距5米。

（2）隨著掘進深入，現場卸壓出現大煤炮次數增多，吸鉆、卡鉆現象也開始增多。微震活動保持在較高水平，事件影響范圍也擴散至超前60米處。隨著掘進接近向斜軸，微震活動稍微降低，卸壓時也表現為細小顆粒或粉末狀。在此區域掘進也仍需加強頂板管理，隨著掘進，應力會進一步積聚。

分析原因，隨著掘進巷道越來越接近3108（西）停采線， 此采空區的超前支承壓力、側向支承壓力和3108材料道側向支承壓力疊加，形成了較高的應力集中。而且隨著接近向斜軸，構造應力也在進一步增加。

而針對應力集中，應持續加大卸壓力度。除采取常規卸壓措施外，對此受停采煤柱影響的應力集中區段，每間隔5m進行一組幫部煤體松動爆破，要求爆破鉆孔滯后迎頭距離5-10米。施工卸壓孔和幫部爆破卸壓后，經取煤粉檢驗煤粉量保持在了一個相對穩定的較低水平。

（3）掘進至向斜另一翼時，現場的動壓顯現又開始明顯，此處也是沖擊地壓的易發區。微震事件影響范圍變得更廣，已遍布整個工作面到達皮帶巷。經過這一階段的能量釋放，掘進過軸部110米后，微震活動開始減少，而且較分散，微震活動趨于平穩。

掘進過向斜軸54米處，應力在線監測系統11#應力計（位于向斜軸部處）升高，出現了一次預警。此時。此次預警也證明了向斜軸處的應力集中程度較高，出現預警后在通過在預警區域再次卸壓處理，應力值恢復到正常水平。

此階段巷道沿3108（西）工作面采空區掘進，受采空區側向支承壓力和小煤柱上方懸露巖層影響。雖然小煤柱易于進入塑性狀態，但由于實體煤側應力集中水平高和煤柱上方巖層的不穩定，掘進期間該區域也是沖擊高危區域，仍需加強卸壓措施。

一般而言，皮帶巷和材料巷要在切眼附近位置貫通，由于兩掘進頭超前支承壓力的疊加，貫通處通常是沖擊礦壓高危險區域。綜合考慮皮帶巷和材料巷的條件和沖擊危險狀況，將兩巷道貫通位置選擇在材料道。兩巷貫通前，超前施工大直徑鉆孔卸壓，首先利用卸壓鉆孔貫通，為兩巷道貫通做準備，鉆孔深度累計大于40m。

3 結論

（1）微震活動主要集中在煤巷區域，受人為采掘活動的影響比較大，在停產檢修時期，微震頻度和能量明顯減少，說明礦震與礦井的生產活動密切相關。

（2）微震活動影響范圍從采掘迎頭前20米多則至60米，受此影響需及時采取迎頭超前卸壓措施。

（3）微震活動密集區域多發生在地質構造及周圍不規則煤柱區域，受采動影響，特殊區域發生沖擊地壓的可能性較高，需采取有效措施防止沖擊事故發生。

（4）在向斜兩翼時微震活動較頻繁，需采取有效卸壓措施降低沖擊危險程度，進入軸部時反而微震活動不是相對強烈。

（5）掘進期間微震監測數據總結分析，能摸清應力分布規律，為下一步工作面回采提供參考數據，對于指導生產具有重要的意義。

作者簡介：劉超（1987-），男，山東棗莊人，助理工程師，技術員。