煤矿冲击地压解危措施

李洪宾

（山西汾西矿业集团曙光煤矿，山西 孝义 032308）

1 位置及周边关系

1309综采工作面井下位置为东翼采区北翼1307工作面东部，南至轨道下山，北至f13断层保护煤柱，西为1307回采工作面，现已正在回采，与1307下顺槽间距4m。该工作面南头位于刘官屯以西498m，北头位于新庄村旧址以北146m，地面大部为农田、排水沟和杨树林。1309综采工作面走向长度约2 100m，倾斜长200m，煤层平均厚度2.7m。

2 冲击地压解危措施

对于1309工作面，主要采取钻孔卸压的方式进行解危。卸压钻孔的主要参数为：孔深15m，钻孔直径大于110mm，一般危险区内孔间距5m，中度危险区内孔间距3m，单孔布置。

钻孔卸压采用煤体钻孔可以释放煤体中积聚的弹性变性能，解除冲击地压发生的能量条件，降低冲击地压发生的可能性，这种方法操作简便、成本较低，而且能够取得一定的控制效果。在支承压力区域内，采用大直径的钻孔进行卸压，以此破坏巷道围岩结构，释放弹性变形能，使巷道处于低应力状态［1］。

在高地应带钻孔时，由于积聚的弹性变形能更大，所以钻孔时产生的冲击就会越多，强度也会越大。煤层支承压力峰值、钻孔的破裂和卸压示意图如图1所示。

图1 钻孔的卸压示意图

卸压钻孔的布置方式如下页图2所示。实践证明：钻孔卸压可很好地完成冲击地压的解危工作。优点是能把钻孔深入到高应力带，卸压的效果很好，灵活而且可靠，压力越大，卸压效果越好，而且这种方法也可应用于恶劣的煤层条件。但它也存在一定的缺陷，如钻孔耗时耗力，增加生产成本，有时也会影响矿井的正常生产等。

3 其他解危措施

3.1 煤层注水卸压

大量的研究表明：煤系地层岩层的单向抗压强度随着含水率的增加而降低，同样，煤的强度和它的冲击倾向性指数也随煤的湿度增加而降低［2］，注水的目的就在于改变煤（岩）体的力学性质，降低冲击地压发生的可能性。注水可分为：短钻孔注水法、长钻孔注水法和联合注水法。应根据具体的煤层条件进行选择。

图2 卸压钻孔布置方式

试验研究表明，水对煤（岩）体的强度特性、变形特性和冲击倾向性都有重要的影响。样品注水前后的应力变化曲线如图3所示。

图3 某煤样注水前后应力应变曲线

3.1.1 煤层注水的工艺参数

1）注水孔布置参数。注水地点选在掘进完成的运输、回风顺槽内。注水孔根据具体条件可以沿走向布置，也可以沿倾斜方向布置。孔口应布置在容易封口的部位，以利于封孔和防止漏水。注水孔直径一般为45～90mm，长度为20～100m。

2）注水量。应当根据煤层的性质通过试验确定注水量，以煤层冲击倾向消失作为确定合理的含水率增值或总含水率的原则。试验确定合理的含水率增值后，根据钻孔承担的湿润煤量计算注水量。一般按下式计算：

式中：Q为每个注水孔的注水量，t；T为一个注水孔所承担的湿润煤量，t；W为合理的含水率增值，%；K为富裕系数，一般大于1.5。T可由下式计算：

式中：L为待注水煤体沿钻孔方向的长度，m；S为注水孔间距，m；M为煤层的平均煤厚，m；γ为煤的密度，t／m3。

3）注水压力和流量。注水压力和流量应按实际条件试验确定。试验时，可逐级增加注水压力，测定实际的注水流量，作出压力—流量曲线，如图4所示，然后根据实际注水压力—流量曲线，确定合理的工况点。

图4 注水压力与注水流量关系曲线

4）注水时间。煤层的纯注水时间可以根据所需的注水量和实际的注水流量进行计算：

式中：Q为钻孔需要的注水量，t；t为纯注水时间，h；q为注水泵工况流量，t／h。

5）注水工艺。煤层注水工艺包括钻孔、封孔和注水3个工序。钻孔一般用轻型液压钻机，常用液压钻机的技术特征见表1。注水泵常用3DS—1.8／200型等煤层注水泵，常用注水泵的技术持征见下页表2，具体应根据煤层、开采条件选定。

表1 常用液压钻机的主要技术特征

3.1.2 煤层注水适用条件

煤层要有一定的空隙率与亲水性，对于空隙少的煤层可以采用爆破的方法提高空隙率；煤层具有很好的赋存条件，完成钻孔的施工后，钻孔壁能保持稳定；有较好的顶、底板条件及无断层等较大的地质构造。

表2 常用水泵的主要技术特征

3.1.3 1309工作面煤层注水参数

注水方法：深孔注水方式；钻孔位置：1309工作面上、下顺槽，平行于工作面布置；钻孔间距：10～12m；钻孔深度：80～100m；钻孔直径：65mm；钻孔角度：孔高距底板1m，考虑到巷道的起伏，掌握孔高为煤层的一半，平行顶板钻孔，钻孔的角度与煤层倾角一致，钻孔的方位角垂直于煤壁。

3.2 爆破卸压

振动爆破是一种特殊的爆破，它与爆破落煤有所不同。振动爆破的主要任务是炸药爆炸后，形成强烈的冲击波，使得岩体振动［3］。振动爆破就是要使振动的范围尽量的大，最好涉及整个的工作面长度。以此来破坏冲击地压形成的能量条件。在工作面前方形成卸压带，如图5所示。大量矿井实践表明［4－5］，工作面前方和巷道两帮如果始终有一个宽度5～10m的保护带，冲击地压就能得到有效防治。

图5 卸压爆破示意图

根据1309工作面煤层的具体情况，使用爆破卸压方法前必须先用钻孔卸压对冲击地压的危险程度进行初步估计，达不到卸压效果时再采用爆破卸压的方法进行解危。爆破结束后，利用钻屑法对解危的效果进行检查，如果一次爆破仍不能达到解危的目的，则进行第二次、第三次，直到达到理想的解危效果。

爆破孔布置方式应根据具体条件确定。爆破孔的孔深取决于卸压深度，一般要求等于或大于整个应力集中区的宽度。通常用煤电钻打眼，孔径50～55mm，孔间距4～10m，每孔装药量按不超过孔深一半计算，—般为1.5～3.5kg，钻孔不装药部分必须填满水炮泥或粘土炮泥，躲炮距离150m，躲炮时间30～40min以上。为不影响生产，可在准备班放炮，一次起爆4～6个孔。

4 结语

对于1309工作面，主要采取钻孔卸压、煤层注水和爆破卸压等方式相结合的方法进行解危。对超前工作面主要采用煤层注水的方法进行解危，对于一般性的冲击地压危险区内采用钻孔卸压的解危措施，而对于钻孔卸压达不到解危要求的区域采用爆破卸压。

［1］ 闫永敢，朱涛，张百胜，等.冲击地压震源机理研究［J］.太原理工大学学报，2010，41（3）：228－230.

［2］ 周澎.华亭煤矿综放煤柱区冲击地压防治研究［D］.西安：西安科技大学，2010（5）：30－32.

［3］ 王蓓，吴继忠，Bernard DRZEZLA.采矿地质因素评定冲击地压危险［J］.矿山压力与顶板管理，2001（1）：72－74.

［4］ 李伟.南屯煤矿冲击地压防治技术研究与应用［J］.煤炭科学技术，2008，36（4）：39－42.

［5］ 徐厚学.江合煤矿煤岩层冲击地压危险性与防治技术研究［J］.重庆大学，2010（2）：35－37.