深井复杂条件下巷道危险区域冲击地压防治研究：以唐口煤矿为例

郭晓胜，崔保阁，党红蔻

(山东能源淄矿集团唐口煤业公司，山东 济宁 272100)



深井复杂条件下巷道危险区域冲击地压防治研究：以唐口煤矿为例

郭晓胜，崔保阁，党红蔻

(山东能源淄矿集团唐口煤业公司，山东 济宁 272100)

唐口煤矿6305工作面煤层具有强冲击倾向性、顶底板具有弱冲击倾向性，巷道冲击地压问题显著。在综合分析地质因素的基础上，预测划分出工作面两巷道分别存在重度危险区域2个，中度危险区域2个。通过在巷道掘进过程中采用应力在线监测预警系统、微震监测系统和钻屑法检验，并重点监测预测危险区域，最终确定巷道冲击危险程度，并采取相应的预防措施。结果表明，逐级采用卸压爆破法与大直径钻孔卸压法对冲击地压进行防治，能有效降低冲击地压的危险性。

深井复杂条件；冲击地压；危险区划；监测预警；防治技术

随着我国煤矿开采深度越来越大，冲击地压发生频次不断增多，冲击地压逐渐成为国内外煤矿开采中所发生的主要灾害之一，严重威胁安全生产[1-2]。因此，对危险区域进行划分，并采取有效措施防治冲击灾害的发生显得尤为重要。在冲击地压危险性评价与防治方面，我国学者进行了大量研究，取得系列的研究成果。潘一山等[3]将3项冲击倾向性新指标与4项传统指标相结合，有效提高了煤层冲击危险性评判的精确性与可靠性；窦林名等[4]基于研究影响冲击地压发生地质因素权重的基础上，建立了冲击地压危险性评价的综合指数法；齐庆新等[5]建立了冲击地压的摩擦滑动失稳模型，解释了冲击地压的发生机理，提出了冲击地压的应力控制理论；刘金海等[6]、王德超等[7]利用应力在线监测和微震技术对深井冲击危险性进行监测；王应启等[8]、郝育喜等[9]、王传鹏等[10]、周澎[11]针对不同地质条件下冲击地压发生的条件，提出了不同的卸压解危措施。本文对唐口煤业6305工作面掘进巷道的冲击地压危险区域进行研究，结合应力监测预警系统，并提出了主动防治措施。

1　工作面概况

6305工作面为唐口煤矿630采区首采工作面。工作面四邻无采掘情况，且工作面上方无可采煤层，下方各煤层均未开采，无采空区。工作面走向长1596m，倾向长200m。开采3#煤层，平均厚9.6m，倾角平均4°，埋深990m。煤层直接顶泥岩厚0～5.3m，老顶厚为0～2.5m粉砂岩，底板为厚0～2.8m粉砂岩。3#煤具有强冲击倾向性，其顶底板具有弱冲击倾向性。

2　工作面巷道冲击矿压危险区划分

对于6305工作面掘进期间危险区的划分，结合工作面煤层强冲击倾向性、大埋深、顶底板岩层弱冲击倾向性等因素，重点分析断层、褶曲及煤岩交接区域因素的影响。

2.1过断层和褶曲危险区域

根据6305工作面实际揭露资料分析，当轨道顺槽掘进至距切眼276m时，将会揭露落差11m的EF27断层；掘进至距切眼39m会揭露落差2m的FF46断层。皮带顺槽掘进中将揭露落差16m的EF46断层，对掘进影响较大。当掘进工作面推进至断层附近时，会引起断层本身的突然错动，造成煤体弹性能的瞬间释放。因此，当推掘进面推进至距落差大于3m的断层50m范围时，应加强顺槽监测并采取防范措施。两顺槽在掘进过程中还要通过部分褶曲，但由于这些褶曲的角度不大，所以对掘进的影响较小。

2.2煤岩交接区域

轨道顺槽掘进过程中，揭露EF27断层时先由煤层到岩层，再由岩层掘进到煤层。皮带顺槽掘进过程中，通过6305工作面联络巷后由煤层掘进到岩层，揭露EF46断层后再由岩层掘进到煤层。在煤岩交界处石门揭煤时，工作面由坚硬的岩层突然进入较松软的煤层，工作面前方的集中应力容易发生突变，有发生煤与瓦斯突出的危险。石门揭开煤层前，必须采取防治突出措施，进行解突卸压。

根据各种地质因素与采矿技术因素对冲击矿压发生的影响，确定各种因素的影响权重，然后将其综合起来，建立起冲击矿压危险性评价和预测的综合指数法，对对工作面冲击矿压危险性进行评价。轨道顺槽在掘进的过程中存在2个区域具有较强冲击危险，2个区域为中等危险区域，皮带顺槽在掘进的过程中2个区域具有较强冲击危险，2个区域为中等危险区域，如图1所示。在掘进期间监测到工作面周围的断层有活化迹象时应立即停止掘进。

图1　6305工作面巷道冲击危险区划分

3　掘进巷道冲击危险监测方案

在皮带顺槽和轨道顺槽掘进期间采用煤体应力在线监测预警系统、微震监测系统和钻屑法检验煤体冲击危险，并重点监测工作面巷道预测的危险区域，从而最终确定区域冲击危险程度。

3.1应力在线监测

巷道掘进后，上覆岩层载荷向两帮转移，在两帮煤体内将会形成明显应力集中。受煤体应力集中以及掘进头震动影响，掘进头后方区域的冲击危险水平通常比较高，为有效监测掘进头后方巷道帮煤体应力动态变化，采用掘进巷道煤体应力监测系统进行监测。

钻孔应力测区设在掘进巷道的实体煤中，从迎头向外按间距30m布置40个测站，每个测站布置两个测点，间距为1m，监测深度分别为10m、15m。

图2　卸压爆破钻孔布置图

3.2微震监测

采用ARAMISM/E微震系统监测巷道的微震活动，对掘进巷道冲击危险性进行预测预报，要在630回风大巷和630胶带大巷布置2台固定的拾震器，在6305工作面两顺槽随着掘进活动的进行合理布置至少6台拾震器，以便很好地监测两顺槽掘进以及后继回采过程中的微震活动。

3.3钻屑法检测

在巷道掘进头及后方60m以内区域，布置直径42～45mm钻孔，孔深为12m。记录每孔每米钻屑量，画出正常钻屑量曲线，用加权平均法计算出标准钻屑量，在此基础上，确定冲击矿压危险的钻屑量临界值。判别工作地点冲击矿压危险性的钻粉率指数如表1所示。如果检测到的钻屑量超过临界指标，或出现卡钻、顶钻等动力现象，应认为煤体处于临界应力状态，必须采取解危措施。

表1　判别工作地点冲击矿压危险性的钻粉率指数

注：钻屑量指数=每米实际钻屑量/每米正常钻屑量；正常钻屑量为正常应力区测定的钻屑量。

4　冲击地压防治措施

6305工作面掘进期间主要采用煤体卸压爆破，卸压后若仍存在冲击危险，则采取煤体大直径钻孔卸压。

4.1煤体卸压爆破

在掘进过程中遇到应力集中现象时，在危险区域的实体煤中首先爆破煤体进行卸压。卸压爆破钻孔布置如图3所示。爆破参数：煤帮炮眼采用煤电钻、麻花钻杆配合Φ42mm钻头施工。炮眼距底板1.2m，孔深12m，间距5m，单排布置，炮眼角度平行于底板、垂直于煤帮。每孔采用反向装药，封孔长度8m，装药量2.6kg。

图3　卸压爆破钻孔布置图

4.2煤体大直径钻孔卸压

掘进期间以监测为主，监测到冲击危险采取爆破卸压后，若仍存在冲击危险，则采取煤体大直径钻孔卸压解危措施。巷道每隔3.2m实施一个大直径钻孔，钻孔垂直于实体煤帮，距离底板0.8～1.6m。大直径钻孔孔径为Φ150mm，孔深为20m。紧跟掘进迎头施工，滞后迎头不超过40m。当冲击危险解围效果不够明显时，可在原钻孔之间进一步加大卸压密度，具体参数同上。钻孔平面布置示意图如图4所示。

图4　两顺槽掘进钻孔平面布置示意图

回采过程中老顶来压及覆岩运动诱发了多次较大的压力显现，由于提前采用卸压爆破和大直径深孔卸压，有效防治了冲击地压的发生，保护了人员和设备的安全。

5　结　论

1)6305工作面埋深大、构造复杂、所采煤层具有强冲击倾向性及顶底板具有弱冲击倾向性的特点，工作面巷道冲击危险性较大。

2)6305工作面巷道共划分冲击地压危险区4处，划分中等危险区4处，其余位置为一般危险区。评价结果与巷道掘进过程中动力显现情况基本相符，为冲击危险预警提供了参考。

3)对深井强冲击倾向性工作面，采用危险区域划分、监测预警及主动强卸压的防治技术后，能够避免冲击地压的发生。

[1]姜福兴，舒凑先，王存文.基于应力叠加回采工作面冲击危险性评价[J].岩石力学与工程学报，2015，34(12)：2428-2435.

[2]张宏伟，荣海，陈建强，等.基于地质动力区划的近直立特厚煤层冲击地压危险性评价[J].煤炭学报，2015，40(12)：2755-2762.

[3]潘一山，耿 琳，李忠华.煤层冲击倾向性与危险性评价指标研究[J].煤炭学报，2010，35(12)：1975-1978.

[4]窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001：124-133.

[5]齐庆新，李宏艳，潘俊锋，等.冲击矿压防治的应力控制理论与实践[J].煤矿安全，2011，16(3)：114-118.

[6]刘金海，翟明华，郭信山.震动场、应力场联合监测冲击地压的理论与应用[J].煤炭学报，2014，39(2)：353-363.

[7]王德超，王琦，李术才，等.基于微震和应力在线监测的深井综放采场支承压力分布特征[J].采矿与安全工程学报，2015，32(3)：382-388.

[8]王应启，马良，游卫勇.复杂地质条件下高冲击危险工作面冲击地压防治技术[J].煤炭工程，2010(8)：46-48.

[9]郝育喜，王炯，胡祥星.红阳矿区深部采区冲击地压综合预测及危险区域划分[J].煤炭工程，2015，47(11)：90-93.

[10]王传朋，王元杰，陈法兵.集贤煤矿深部开采强冲击危险煤层冲击地压防治技术[J].煤矿安全，2014，45(8)：92-94.

[11]周澎.特厚煤层综放开采冲击地压防治技术与实践[J].煤炭科学技术，2011，39(4)：35-39.

Prevention study on mining dangerous zone under complicated conditions of deep roadway：a case study of Tangkou Coal Mine

GUOXiao-sheng，CUIBao-ge，DANGHong-kou

(TangkouCoalMiningCorporation，ZiboCoalMiningGroupCorporation，Jining272100，China)

TherockburstofNo. 6305coalminingfaceisremarkableinTangkouCoalMine,becauseofthestrongbursttrendcoalandweakbursttrendroofandfloor.Basedoncomprehensiveanalysisofgeologicalfactors,dangerousassessmentsweregot.Theassessmentsindicatethattherearetwosevere,andtwomoderatedangerouszonesineveryroadway,whichareinlinewithactualobservedrockburstsituations.Inordertodeterminetheriskdegreeofrockburst,themethodsincludingstressmonitoringsystem,micro-seismicmonitoringsystem,andmethodofdrillingindexweretaken,meanwhilethedangerouszonesweremonitoredmainly.Aimingatthat,thecorrespondingpreventivemeasureswereputforward.Theresearchresultsshowthatitcaneffectivelyreducethedangeroftherockburstoccurredthatusingblastingmethodandlargediameterboreholepressurereliefmethodstepbystep.

complicatedconditionsofdeepmine；rockburst；divisionofhazardousareas；monitoringandearlywarning；preventionandcontroltechnology;TangkouCoalMine

2016-03-29

郭晓胜(1981-) 男，大学本科，毕业于山东科技大学采矿工程专业，现在淄矿集团唐口煤业公司防冲副总工程师。E-mail：lgyloverobin@sina.com。

TD324

A

1004-4051(2016)08-0105-03