礦井采掘工藝優化中的防沖技術研究

關鍵詞：礦井開采；沖擊地壓；防沖技術；采掘工藝；監測預警 中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2025)07-0077-03 DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.021

Research on Anti-Collision Technology in the Optimization of Mining and Excavation Processes

NIU Longxuan，LIChuanbiao，WANGHongxing (Shandong DongshanWanglou Coal Mine Co.，Ltd.，Jining272O63，China)

Abstract:Inviewoftheseriousthreatofcoal seamrockburstinthe process ofdeepmining，theconstruction elementsof coalmine erosionpreventiontechnologysystemareanalyzedindepth.Byanalyzing thekeytechnologiesofregionalanticollision，localati-ollsion，ndmoitoingndarlyaing，tet-ollsionmeasuresrestematiallabrated intheoptimizationprocessof miningtechnology.Theresearchresultsindicatethatregionalanti erosion technologyshould focus onstrengthening theexploitationof protective layersand pressure release，localanti erosiontechnology neds to strengthenstressregulationandsupportoptimizationofworkingfaces，andthemonitoringandearlywarningsystemneeds to buildamulti parameterthree-dimensional monitoring network.Basedonthis，sugestions are proposedtoimprove theanti scouring technologysystem，optimizemining processparameters，and enhance monitoringandearly warning capabilities， providing technical support for safe and efficient mining in deep mines.

Keywords: mining;impact ground pressure;anticollision technology;mining technology;monitoringandearly warning

隨著煤炭開采深度的不斷增加，沖擊地壓災害已成為制約深部礦井安全生產的重大問題。統計數據顯示，我國煤礦 90% 以上的沖擊地壓發生在 800m 以下，且呈現出災害程度加重、波及范圍擴大的趨勢。為保障深部開采安全，有必要深人研究防沖技術在采掘工藝優化中的應用。

1深部開采中的沖擊地壓機理與特征

巖應力場造成。一旦煤體承受的彈性應變能超過臨界值，就會瞬時釋放，引發沖擊地壓災害，這一過程主要受地應力條件、巖體特性和采掘布置影響。通過單軸壓縮試驗、聲發射監測等方法，可建立煤層沖擊傾向性分級標準。在采掘過程中，采空區周邊形成應力集中區，隨著開采深度增加，采動應力波及范圍擴大，導致巷道變形劇烈。掌握這些演化規律對優化采掘工藝、確定防沖措施具有重要意義[1]。

深部開采中的沖擊地壓主要由采掘活動擾動原

2防沖技術體系的構建

3采掘工藝優化中的防沖技術應用

2.1區域防沖關鍵技術

區域防沖技術主要圍繞壓力釋放和應力轉移展開，通過系統工程措施降低采區整體應力水平。保護層開采是最為有效的區域防沖技術，開采后在上下鄰近層形成壓力解除帶，顯著降低被保護層的地應力集中程度。對于復雜地質構造區，可采用大直徑鉆孔卸壓與壓裂預分離相結合的方式增強巖層應力釋放。

區域治理過程中，要強化采空區應力管理，通過合理確定采場推進速度、控制工作面暴露時間來避免應力長期集中。在巷道布置方面，應優化巷道展布方向，避開應力集中區域，并在斷層、褶皺等構造帶集中區域采用分區治理方案。

大采高綜采工作面防沖技術則重點關注上覆巖層控制。通過配置超前支護參數加強頂板預控，在沖擊傾向性較強區域增設超前支護強度。同時，采用分層開采方式，控制單層開采高度，減小頂板懸露跨度，提升動載荷抵抗能力[2]。

2.2 局部防沖工藝優化

局部防沖工藝優化主要針對工作面微觀尺度的應力控制，重點實施精準防治。綜采工作面防沖主要通過優化割煤參數，調整滾筒轉速與推進速度來避免煤體應力集中。同時，采用超前鉆孔法對煤壁預卸壓，鉆孔參數需要根據煤層應力狀態動態調整，并在應力集中區段增設防沖支架。掘進工作面局部防沖則突出超前探測與預卸壓措施。通過超前探測鉆孔識別前方高應力區域，針對性實施大孔徑鉆孔預卸壓。掘進機截割參數應與煤層強度特征相匹配，控制截割深度，以降低煤體瞬時應力釋放量，同時采用柔性讓壓支護系統，增強巷道圍巖變形適應性。

2.3監測預警體系建設

監測預警體系采用多參量立體監測網絡，實現沖擊地壓災害的動態預警。在采掘工作面布設微震監測系統，通過傳感器陣列采集煤巖體微破裂信息，結合聲發射技術監測煤體內部應力變化。地音監測系統則對煤層沖擊傾向性進行實時評估，判定危險程度。在關鍵部位布設應力計與位移計，通過光纖光柵傳感技術實現巷道變形的連續監測。監測數據傳輸至地面監控中心后，采用智能分析算法識別異常波動[3。通過多源監測數據融合分析，建立分級預警體系，結合氣體、溫度等輔助監測參數，為優化防沖技術提供數據支撐。

3.1采煤工藝參數優化

采煤工藝參數優化需要立足于沖擊地壓控制要求。綜采工作面需要根據煤層沖擊傾向性特征，調整采煤機截深與運行速度，控制單循環下煤量。對于強沖擊傾向性煤層，采用薄煤層分層開采工藝，并使工作面推進速度與采動應力傳播規律相匹配[4]。

工作面支護參數優化主要關注支撐力與工作阻力的合理配置。支架阻力應隨采深度增加而提升，端頭支架需要加大支護強度并擴大超前支護范圍。破碎頂板區域實施梁式加強支護，采場順層應力集中區采用超前支護與底板加固相結合的方式[5。同時，建立采掘工藝參數與沖擊地壓響應關系數據庫，并在斷層構造帶等關鍵部位采取針對性措施，降低沖擊風險。

3.2 掘進工藝參數優化

掘進工藝參數優化圍繞應力卸載與圍巖穩定展開。掘進機截割參數需要根據煤體強度特征設置，截割頭轉速控制在 38～42r/min ，截深限制在450～550mm ，以降低煤體瞬時應力釋放。超前探測鉆孔采用“三限一探”方案，鉆孔間距為 3～4m_?

巷道支護采用U形鋼棚與錨桿組合方式，棚距控制在 600～800mm 。深部巷道增設直徑 22mm 的螺紋鋼錨桿，長度為 3000～3500mm ，每平方米的密度為 1.2～1.4 根。錨索采用直徑 17.8mm 的高強度鋼絞線，長度為 6000～7000mm 。在沖擊地壓危險區段實施注漿加固，注漿壓力為 4.0～5.0MPa ，深度為 6～8m ，同時加密布設微震監測傳感器。

3.3支護參數優化

深部巷道支護系統優化以強化動載荷抵抗能力為核心，構建柔性抗壓支護結構。巷道支護采用“高預應力、高剛度、大長度”錨桿支護體系，錨桿預緊力與錨固力應根據圍巖等級確定，保證足夠的支護強度。頂板采用左旋螺紋鋼錨桿，巷道兩幫選用右旋砂漿錨桿，通過合理的排距布置形成強支護網格結構。

錨索支護參數根據圍巖破碎程度分區優化，完整性較好區段采用常規間排距，破碎區段適當加密布置，確保錨索張拉力與端部錨固長度滿足支護要求。金屬網片選用高強度鋼筋焊接網，網格尺寸依據沖擊傾向性等級選定。沖擊地壓危險區段布設讓壓式U形鋼棚，合理設置棚距，擴大變形適應空間。聯絡巷與銅室交叉點增設鋼管柱加強支護，確保巷道支護系統整體性

與協同性。

4防沖技術應用效果分析

4.1工程實踐案例

門克慶煤礦3100工作面位于井田西南側，工作面走向長度為 3653m ，傾向長度為 280m ，煤層平均厚度為 5.28m ，如圖1所示。工作面上方存在2組關鍵層，其中關鍵層一為低位厚硬砂巖層（厚度 5～22m ），關鍵層二為中高位砂巖層（厚度 33～53m ）。不同層位厚硬頂板實施差異化防沖措施。低位關鍵層采用頂板預裂爆破技術，運輸巷采用扇形爆破預裂方式，爆破孔沿工作面走向垂直布置。中高位關鍵層實施定向長鉆孔水力壓裂，在膠運巷布置2個鉆場，每個鉆場施工5組定向壓裂鉆孔，鉆孔直徑為 120mm ，壓裂泵站最大工作壓力為 65MPa_? 。工作面回采期間持續開展微震監測，記錄工作面推進過程中巖層破斷及應力釋放狀態。通過多關鍵層協同防沖減震技術體系，有效控制厚硬巖層大面積懸頂破斷引發的沖擊地壓災害。

4.2安全效益分析

基于微震監測系統對門克慶煤礦3100工作面防沖技術應用效果進行評估。2023年11月至2024年1月回采期間，工作面回采距離為 746m ，記錄微震事件3564次，微震總能量為 754653J 微震事件能級分布呈現明顯的低能量特征。二次方以下微震事件有2886次，占比為 84.4% ；二次方微震事件有406次，占比為 11.9% ；三次方微震事件有128次，占比為 3.7% ○

選取同采區未采用多關鍵層卸壓措施的3102工作面進行對比分析，在相近地質條件及回采距離下，3100工作面每米微震頻次降低 9.5% （4.78次 /m ），每米微震能量降低 86.2% （能量1011J）。通過對比驗證，多關鍵層協同防沖減震技術顯著降低微震事件發生頻率與能量級別，實現厚硬頂板破斷過程中能量的均勻釋放。該工作面微震事件在空間分布上也呈現出明顯的規律性。微震事件時間序列分析顯示，高能量事件（三次方）主要發生在工作面過斷層、揭煤和過舊巷等特殊地質條件下，通過及時調整防沖參數，確保采掘活動的連續性和安全性。

5結論

針對深部開采中的沖擊地壓問題，本文構建系統的防沖技術體系。其間通過對采掘工藝參數的優化，有效降低沖擊地壓災害發生率，提高礦并安全生產水平。后續研究需要進一步加強智能化監測預警，發展主動防沖新技術，為深部礦井安全高效開采提供更加可靠的技術保障。

參考文獻

1任文濤，王浩，于冰冰，等.深部沖擊地壓礦井近斷層高層位爆破卸壓防沖技術[J].礦業科學學報，2024（6）：943-952.

2 歐陽振華，許乾海，張寧博，等.煤礦防沖安全性分類賦權評價方法及應用[J].煤礦安全，2024(10）:82-90.

3邵龍.深部沖擊礦井“三位一體”防沖支護體系研究[J].西部探礦工程，2024（10）：135-137.

4 盧志國.基于局部礦井剛度理論的沖擊地壓機制研究[J].巖石力學與工程學報，2024（10）：2599.

5 趙乾，張帝，馬平，等.深埋沖擊地壓礦井多關鍵層結構穩定性及防沖減震技術研究[J/OL].力學與實踐，1-13[2025-03-26].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2064.03.20240910.2245.002.html.