沖擊地壓礦井堅硬煤層采煤工作面防治措施研究

王光民+張振濤

摘 要：礦井的開采深度和開采范圍在不斷增加，這導致沖擊低壓現象發生的頻率不斷上升，沖擊低壓產生的原因比較復雜，既與煤礦當地的地質條件有關，也與煤質條件和開采深度等多種因素有關，深入研究沖擊低壓發生的條件和防治措施能夠有效減少沖擊低壓的發生頻率，減少人員和財產損失。3503工作面是肥城礦業梁寶寺能源有限責任公司的一個重要采煤工作面，受其地質結構和煤質較硬等因素影響，3503工作面是易發生沖擊地壓的高危工作面，而采用常規卸壓措施很難達到卸壓效果，本文針對這種沖擊低壓礦井的堅硬煤層采煤面防治展開研究。

關鍵詞：沖擊地壓；堅硬煤層；采煤工作面；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.062

我國近年來之所以沖擊地壓災害頻繁發生，一個重要原因就是隨著開采深度的不斷加深和開采面積的不斷加大，礦山內部的地質結構和應力特性都發生了很大改變，導致地質條件發生很大變化，進而引發了沖擊地壓災害的發生。

1 沖擊地壓簡介及形成原因

沖擊地壓是指礦井在開采過程中突然發生的一種強烈地質變化，礦井巷道周圍的煤層受到礦山壓力的作用突然發生劇烈形變，大量的能量沖擊而出，導致這種形變非常劇烈和迅速。沖擊地壓最直接的表現就是大量煤和巖石噴涌而出，迅速充滿巷道等空間，噴發現場如同炸藥爆破一般劇烈。沖擊地壓形成的原因非常復雜，目前還未能形成統一的研究結論，但是沖擊地壓產生的主要原因是煤體特性，即礦井內煤質和巖石的特性及礦井內部的結構和地質特性。

2 3503工作面沖擊地壓風險簡析

3503工作面位于梁寶寺煤礦，工作面標高為-1000米左右，煤層平均厚度達到5.6米，煤質硬度為f=1.8，3503工作面屬于厚煤層堅硬煤質工作面。因為3503工作面的開采深度較深，超過了1000米，集中在1030米至1130米之間，煤巖層的沖擊傾向很強，工作面頂板為細沙巖，巖層機構特點危險性很強，開采過程中的技術操作和危險防護都不是很到位，這些因素都使得3503工作面成為了強沖擊危險性的工作面。為了更好地判斷3503工作面危險性，礦井方面根據實際情況進行了沖擊地壓風險綜合評價，發現3503工作面共有高風險區域八個、中風險區域十二個、低風險區域兩個。通過研究發現，3503整體上發生沖擊地壓災害的風險性很高，而且3503工作面的煤質很硬，采用常規防治措施并沒有起到預想的效果，這也給3503工作面的沖擊地壓災害防治帶來了更多的挑戰，深入研究相應防治措施是非常有必要的。

3 3503工作面沖擊地壓風險防治措施

3.1 工作面掘進期間防治措施

掘進期間應該根據工作區域的沖擊地壓風險等級采取有效措施進行防治，并且要利用檢測系統進行實時檢測，盡量降低發生沖擊地壓的風險。

（1）加大卸壓鉆孔直徑。卸壓鉆孔主要是用于減少巖煤體應力集中區域的壓力，通常情況下會選取這些區域打孔，減少應力集中現象，同時使應力向煤體深處轉移，從而保護兩順槽。正常情況下卸壓孔采用直徑110mm的鉆孔，而3503工作面的煤質較硬，卸壓孔施工后塌孔效果較差，沒能起到很好的卸壓效果，鑒于此，將卸壓孔直徑增大到了150mm，鉆孔密度也隨之增大。采取措施后，卸壓效果有所好轉，現場微震事件較以前有了較明顯的較少，工人反應的現場煤炮明顯減少。

（2）設計的采煤面回采幫施工幫部卸壓炮。卸壓鉆孔屬于常規沖擊地壓預防手段，因煤體較硬，雖然通過增加卸壓孔直徑及密度起到了一定的效果，但是通過現場觀察施工的卸壓孔卸壓空間依然沒有完全釋放。我們采用回采幫部施工卸壓孔后隨之施工幫部卸壓炮的措施，通過放炮使堅硬的煤體提前預裂，降低卸壓孔周圍圍巖的強度，這樣現場出現應力集中時卸壓孔及時塌孔卸壓。裝藥要求，孔深10米，孔徑42mm，裝藥3kg。

（3）底煤區域在底板上布置卸壓孔及卸壓炮眼。留底煤大于一米的巷道我們可以采用底板卸壓孔加底板卸壓炮相結合的方式進行卸壓處理。首先施工底板卸壓孔（兼做爆破自由眼），孔深見巖，孔徑150mm，每排3個，排距1m，隨后施工卸壓炮眼，孔深見巖，孔徑42mm，每排4個，排距1m，與卸壓孔穿插施工，隨后放炮，注水軟化煤層。

3.2 工作面回采期間防治措施

工作面在回采作業時，同樣非常容易發生沖擊地壓災害。為了減少沖擊地壓災害，應該根據事先劃分風險區域等級采用不同的風險監控措施，對于高風險區域要加大監控力度，并采取及時有效的措施降低沖擊地壓風險。

（1）在煤體上打大直徑壓孔。大直徑卸壓孔的直徑150mm，這與掘進期間的卸壓孔用處基本相同，主要是為了減少卸壓孔周圍區域的集中應力，起到卸壓的目的，同時使巷道周圍應力向煤體深處轉移。而在回采作業中，卸壓孔需要提前實施，避免沖擊地壓風險的積聚，并根據檢測系統數據及時調整卸壓力度，直至煤巖體的應力集中區域消失，沖擊地壓風險得到降低。而為了保證回采作業的充分安全，卸壓孔至少要位于工作面前300米以外。

（2）深孔爆破卸壓。深孔爆破卸壓主要在頂板區域進行，通過爆破的能力促使頂板內形成定向裂紋，破壞煤巖體內部結構，從而實現減少集中應力和沖擊地壓的風險。3503工作面頂板處容易積聚彈性能，也是沖擊地壓發生的高位區域，要及時進行爆破處理。

（3）加強監測并選擇合適支護手段。在回采工作進行過程中，要隨時對沖擊地壓進行檢測，特別是檢測煤巖體內部是否有應力聚集，并采用合適手段對回采作業面進行卸壓處理，在卸壓過程中要嚴格遵守操作規范，避免因為卸壓而導致的沖擊地壓，并加強支護和防護。

4 結論

沖擊地壓是我國煤礦中近年來經常發生的一種災害，其發生過程非常突然，沖擊瞬間能量巨大，造成的后果非常嚴重。3503工作面作為沖擊地壓高風險作業面，發生沖擊地壓的風險很大，應該加強掘進和回采作業中的監控和防治，及時有效降低沖擊地壓發生的風險。

參考文獻：

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