沖擊地壓巷道貫通期間防沖措施的應用

丁希陽 張 洋 郭 魯

（汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 汶上 272500）

1 概況

汶上義橋煤礦有限責任公司在4310 工作面軌道順槽F4 導線點前33 m 處作為4310 工作面軌道順槽聯絡巷開門中心點，按171.423°方位角施工61.4 m，然后拐彎按237.491°方位角施工58.5 m與四采區軌道下山（A4 導線點前52.78 m）貫通。

1.1 巷道設計

（1）巷道斷面：直墻半圓拱形，荒寬4400 mm，荒高3700 mm；凈寬4200 mm，凈高3600 mm，墻高1500 mm。

（2）施工坡度：地層傾角10°～19°，根據巷道標高，拐彎后按5°上山掘進與四采區軌道下山貫通。

1.2 地質條件

（1）正常掘進期間為煤巷，直接頂為細砂巖，堅固性系數5～7，直接頂厚度1.5～3.5 m。地層為一單斜構造，掘進過程中將揭露斷層FG-4310-01（H=2.5 m），過斷層期間為巖巷、半煤巖巷。

（2）該巷道北面為4310 工作面軌道順槽，南面為四采區軌道下山，西面為四采區膠帶下山，東面為4310 工作面。四采區軌道下山與四采區膠帶下山平行布置，巷道開門夾角63°，貫通夾角30°。

1.3 沖擊地壓評價及結論

根據《4310 工作面沖擊危險性評價及防沖設計》，結合4310工作面具體地質條件、開采技術條件、3 煤沖擊傾向性鑒定結果等，分別從定性、定量（綜合指數法、可能性指數診斷法）角度對該工作面的沖擊危險性進行了評價，4310 工作面軌道順槽聯絡巷掘進期間具有弱沖擊危險性。

1.4 防沖難點

巷道空間位置復雜，開門施工至55～60 m 時將從四采區膠帶下山上部穿過（層間距約4.5 m）；貫通點附近存在機電硐室且四采區軌道下山與四采區膠帶下山僅間隔20 m 煤柱，頂板管理難度大，易產生高應力集中區，需要采取針對性防沖專項措施。巷道位置關系圖如圖1。

圖1 巷道位置關系圖

1.5 支護設計

（1）4310 工作面軌道順槽聯絡巷頂部及兩幫選用MSGLD-335/Ф22×2400 mm 等強螺紋鋼錨桿。錨桿間、排距均為800 mm×800 mm；頂部及兩幫鋪設1000 mm×2000 mm 的金屬軋花平網。揭露地層構造、淋水或頂板巖石破碎時，頂部鋪設雙層金屬軋花平網加強護表強度。

（2）為提高頂部圍巖整體性，拱部采用錨索+14#槽鋼加強支護。錨索規格為Φ21.6×4500 mm，錨索間排距為1700 mm×2400 mm，每排三根，槽鋼規格為14#×3800 mm，錨索滯后迎頭不大于4 m。貫通距離剩余10 m 時，采用規格為Φ21.6×6500 mm 的錨索加強支護，錨索緊跟迎頭。

2 貫通期間防沖專項措施

2.1 貫通前的應力顯現

貫通距離約50 m 時，在四采區膠帶下山出現斷錨桿、螺母崩裂、錨桿螺母擼絲現象，應力在線壓力值顯著上升。貫通距離剩余約20 m 時，四采區軌道下山貫通點附近原噴漿層出現開裂現象，且煤炮頻繁，一個班次由1～2 次增加到4～5 次。

2.2 施工措施

（1）頂部及兩幫選用MSGLW-500/Ф22×2400 mm 無縱肋螺紋鋼錨桿加強支護，每根錨桿安裝一個單啟動讓壓管，讓壓載荷180 kN，順序為W 形鋼護板、托盤、平墊、讓壓控件、平墊、減摩墊圈和螺母。

（2）錨索排距加密至1600 mm，每根錨索安裝1 個雙啟動讓壓控件，順序為槽鋼、托盤、平墊、讓壓控件、鎖具。

（3）貫通距離剩余10 m 時，在四采區軌道下山內（貫通點前后5m 范圍內）采用錨索+錨索圓形托盤加強支護。錨索間排距1700 mm×2400 mm，錨索規格為Ф21.6 mm×6500 mm，每排布置三根錨索，貫通前先施工中間及右側錨索，貫通后再補打左側錨索。

（4）臨近貫通8 m 時，循環進尺調整為0.8 m，短掘短支；剩余5 m 時使用探釬鉆透，適當調整施工層位；剩余2 m 時，采取多打眼放小炮的措施保證貫通質量。

2.3 貫通期間防沖方案

（1）出現動力顯現，且應力在線瀕臨黃色預警時，在工作面迎頭施工大直徑預卸壓鉆孔進行貫通前預透，工作面中間三個鉆孔“三花”布置，相鄰鉆孔孔口間距為1.2 m，平行于巷道施工方向進行預透。在“三花”布置的基礎上，工作面迎頭兩側各增加一個預卸壓鉆孔，右側預卸壓鉆孔深度為22 m，與巷道幫部成19°夾角，終孔位置在巷道右側輪廓線外8～10 m。同時左側預卸壓孔因受三角煤體的影響，與巷道幫部成19°夾角施工預卸壓鉆孔，同四采區軌道下山預透。

（2）對巷道幫部實施大直徑鉆孔預卸壓，鉆孔直徑150 mm，鉆孔間距不大于3 m，于巷幫中部單排布置，孔深15 m，滯后迎頭不大于10 m，鉆孔距底板1～1.5 m 為宜。

（3）每天在正迎頭及實體煤幫（迎頭外5 m）進行鉆屑法監測，孔徑Φ42 mm，檢測孔深度12 m，量取每米的鉆粉量，根據鉆粉量預警指標判定危險程度。若監測到有沖擊危險時，應立即停止生產，迅速撤人至安全地點，并立即向沖擊地壓防治辦公室和調度指揮中心進行匯報。

具體監測方法如下：由三天監測一遍加強為兩天監測一遍，揭露煤層厚度達到1 m 后，每天早班在迎頭面左、右側各施工一個，迎頭后5～15 m 范圍內左、右幫各施工一個。預卸壓鉆孔預透設計示意圖如圖2。

圖2 預卸壓鉆孔預透設計示意圖

2.4 鉆屑法技術參數

（1）掘進迎頭鉆孔與巷道軸向平行，實體煤巷道布置在兩幫，兩幫鉆孔方向與煤層傾向平行。巷道迎頭布置2 個鉆孔，間隔1.5～2 m；兩幫各布置2 個鉆孔，孔深12 m。鉆孔以1.0～1.5 m 高為宜。

（2）因過斷層，需從巷道底板開始揭露煤層，煤層頂板距巷道底板距離達到1 m 及以上時，開始進行鉆屑法監測。

（3）沖擊危險的煤粉量的臨界值：

當孔深L ≤5 m 時，臨界煤粉量為2.7 kg/m；當孔深6 m ≤L ≤9 m 時，臨界煤粉量為5.3 kg/m；當孔深10 m≤L≤12 m時，臨界煤粉量為9.1 kg/m。

2.5 應力在線安裝要求

（1）應力在線測點布置

應力在線測點間距20～25 m，應力在線安設初始應力值不低于5 MPa，不高于8 MPa；穩壓應力值不低于3.5 MPa，每組兩個測點，埋設深度分別為8 m、14 m，間距1.0～1.5 m，深孔靠近迎頭。

（2）應力在線預警（見表1）

表1 應力在線預警值設置

（3）沖擊危險判定

根據應力值和應力增值兩項指標，只要一項指標超過預警值，則判斷該組測點區域具有沖擊危險。兩組及以上黃色或紅色預警，需立即停產撤人；一組紅色預警，一天內明顯增加（應力增值大于預警值），需立即停產撤人；一組黃色預警，且鉆屑法檢測指標超限，需立即停產撤人。

2.6 預卸壓鉆孔技術參數

（1）幫部揭露煤層厚度達到1 m 后，開始對幫壁施工預卸壓鉆孔。卸壓鉆孔Φ150 mm，孔深15 m，鉆孔布置在煤幫中部，距底板1～1.5 m 為宜。

具體要求如下：幫部為半煤巖時，下部煤厚小于1 m，幫部不再施工卸壓孔；底煤厚超過1 m 時，對底煤進行預卸壓。

（2）在工作面掘進期間，掘進迎頭鉆孔與巷道軸向平行，巷道兩幫鉆孔與巷幫垂直，沿煤層傾向方向施工。預卸壓孔滯后迎頭不大于10 m。

（3）斷錨桿頻繁、煤炮次數頻繁、壓力較大時，首先利用鉆屑法進行檢驗，如果煤粉不超標，則施工預卸壓鉆孔，確保卸壓鉆孔滯后迎頭不大于5 m；如果煤粉超標，立即停止施工。

（4）對于連續3 個卸壓鉆孔發生塌孔的情況，應及時對該區域進行煤粉檢驗和卸壓施工。

3 應用分析

（1）微震監測分析。日均震動事件9 次，較采取措施前減少65 次，下降87.8%。其中能量大于1.0×103J的發震次數2次，較采取措施前減少51次，下降96.2%。經過分析，通過采取相應措施，震動次數顯著減少，大能量事件趨近于零次。

（2）應力監測分析。相對于采取措施前，應力計壓力值顯著減少，深孔應力值最大值下降2 MPa，最大增速值下降1.5 MPa/d；淺孔應力值最大值下降3.5 MPa，最大增速值下降2 MPa/d。各測點的應力計壓力值均在正常范圍之內，且壓力上升幅度不大，壓力較平穩，未出現應力異常情況。迎頭靠近貫通點的煤體淺部應力在距貫通35 m 左右開始，隨著貫通距離的減小，應力呈上升趨勢。充分證實，在距離貫通50 m開始采取相應措施是恰當的。

（3）鉆屑法監測。在巷道內所做的鉆屑法煤粉量數據均低于鉆屑法監測煤粉量臨界指標，且現場鉆進過程中也未出現卡鉆、吸鉆、頂鉆等動力顯現情況。采取措施后，煤炮等動力現象顯著減少，煤粉量最大值均下降0.85 kg/m。

（4）礦壓顯現。采取專項措施后，斷錨桿現象得到有效遏制，貫通點處噴漿層開裂現象得到改善。

4 實踐結論

汶上義橋煤礦有限責任公司在沖擊地壓巷道貫通期間，針對沖擊地壓防治規定采取相應的加強支護措施，同時根據巷道地質條件、巷道位置關系、圍巖性質等采取針對性的防沖專項措施，有效提高了沖擊地壓巷道在穿層且臨近硐室的情況下貫通的安全系數，為復雜沖擊地壓巷道實現安全貫通積累了寶貴的實踐經驗。