尚海,徐世波,劉勇

摘 ?要 ：大興煤礦受采掘布置的限制，回采南二903工作面時(shí)，形成孤島工作面，受臨近采空區(qū)的影響，應(yīng)力集中程度很高，且地質(zhì)條件復(fù)雜，具有斷層，厚硬頂板，火成巖等多種地質(zhì)構(gòu)造，極易誘發(fā)沖擊地壓。通過(guò)對(duì)大興煤礦礦震活動(dòng)分析，采取了有效的卸壓解危措施，以降低地應(yīng)力為主線并結(jié)合強(qiáng)支護(hù)、強(qiáng)監(jiān)測(cè)、強(qiáng)限員進(jìn)行了防沖工作實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)構(gòu)造 沖擊地壓 防治體系

1 引言

大興煤礦于2018年6月確定為沖擊地壓礦井，在防治沖擊地壓方面處于起步階段，大興煤礦南二903工作面于2019年2月份開(kāi)始回采，在回采過(guò)程逐步確定和摸索出了該工作面開(kāi)采過(guò)程中的監(jiān)測(cè)預(yù)警方案，卸壓解危、安全防護(hù)以及加強(qiáng)巷道支護(hù)等一系列防治措施，保證了工作面的安全回采，總結(jié)出了大興煤礦沖擊地壓防治的寶貴經(jīng)驗(yàn)，也查找出了沖擊地壓防治方面的不足，為后續(xù)工作面的安全開(kāi)采提供借鑒。

2 南二903工作面概況

工作面位于大興煤礦9號(hào)煤層南二采區(qū)中部，東鄰902采空區(qū)，西鄰905采空區(qū)，之間煤柱均為8米；南部為未采動(dòng)區(qū)；北部為采區(qū)煤柱，因而形成了孤島工作面，該面上鄰7-2煤層，北部未采動(dòng),南部為南五717、南五719上采空區(qū)。工作面大面走向長(zhǎng)580m，傾斜寬178m；收縮面走向長(zhǎng)302m，傾斜寬95m，工作面面積126933m²，903工作面位置如圖1所示。

圖1 ?南二903工作面布置圖

3沖擊危險(xiǎn)防治技術(shù)方案

3.1沖擊地壓綜合防治體系

通過(guò)兩年2018～2019年防沖工作的實(shí)踐與摸索，大興煤礦確立了防沖 “15336”工作體系（ 1策：一面一策一評(píng)價(jià)、5有：防沖工程實(shí)施做到有設(shè)計(jì)，有措施，有施工負(fù)責(zé)人，有驗(yàn)收人，有工程標(biāo)識(shí)、3強(qiáng)：強(qiáng)卸壓，強(qiáng)支護(hù)，強(qiáng)監(jiān)測(cè)、3限：限時(shí)、限員、限強(qiáng)度、6跟蹤：防沖隱患治理做到排查跟蹤，記錄跟蹤，處罰跟蹤，整改跟蹤，驗(yàn)收跟蹤，通報(bào)跟蹤），確保防沖工作能夠扎實(shí)推進(jìn)。

3.2沖擊地壓綜合防治思路

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圖2 ?903工作面沖擊地壓綜合防治思路

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3.3 工作面沖擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)方法

采用鉆屑法、YDD16煤巖動(dòng)力災(zāi)害聲電檢測(cè)儀檢測(cè)、KJ24頂板動(dòng)態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行局部沖擊危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，采取SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)工作面進(jìn)行區(qū)域監(jiān)測(cè)預(yù)警。

3.2.1 鉆屑法檢測(cè)

工作面前方90m以?xún)?nèi)巷道實(shí)體煤側(cè)施工取屑鉆孔。鉆孔直徑42mm，開(kāi)孔高度為距離底板0.5-1.5m，孔深10m；巷道幫部間距15m，對(duì)于劃分的中等及以上危險(xiǎn)區(qū)域每2天實(shí)施一次，對(duì)弱危險(xiǎn)區(qū)域每3天實(shí)施一次；鉆孔方向與煤壁垂直，平行于煤層。對(duì)每米鉆屑量進(jìn)行稱(chēng)重并觀察打鉆過(guò)程中是否發(fā)生動(dòng)力現(xiàn)象，鉆屑臨界值為4.5kg/m，每米鉆屑值達(dá)到或超過(guò)4.5kg/m認(rèn)定有沖擊危險(xiǎn)，必須停止作業(yè)采取卸壓解危措施。布置方案如圖2所示。南二903工作面全年進(jìn)行取屑檢測(cè)92次，均無(wú)超過(guò)臨界指標(biāo)的情況。

圖3 ?工作面鉆屑法檢測(cè)孔布置示意圖

3.3.2 ?YDD16煤巖動(dòng)力災(zāi)害聲電檢測(cè)儀

該儀器利用電磁輻射和聲發(fā)射數(shù)值的變化，判定工作面的沖擊危險(xiǎn)性，首先經(jīng)過(guò)1個(gè)月的數(shù)據(jù)采集確定南二903工作面的臨界指標(biāo)，電磁輻射臨界指標(biāo)為54.5mv，聲發(fā)射臨界值指標(biāo)為423.2mv。在兩順進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試，距工作面10米開(kāi)始在工作面軟幫沿走向方向布置12個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距10m，兩順各12個(gè)點(diǎn)。作為鉆屑法的輔助預(yù)測(cè)，確定工作面沖擊危險(xiǎn)性的變化趨勢(shì)。

3.3.3 ?KJ24頂板動(dòng)態(tài)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)局部監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)于2019年2月份正式在南二903工作面投入使用，該系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)工作面支架支撐壓力、工作面前方錨桿、錨索的受力情況、頂板離層情況以及前方煤體的應(yīng)力變化，做為判定工作面危險(xiǎn)性作為主要依據(jù)。

3.3.4 SOS微震系統(tǒng)區(qū)域監(jiān)測(cè)

SOS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2018年6月份在南二903工作面投入使用，工作面采用微震監(jiān)測(cè)法進(jìn)行區(qū)域監(jiān)測(cè)，對(duì)微震信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并確定微震發(fā)生的時(shí)間、能量及三維空間坐標(biāo)等參數(shù)。通過(guò)對(duì)微震發(fā)生的時(shí)間、能量、震源深度、定位位置、微震頻次的記錄做以分析、比對(duì)，分析判斷發(fā)生沖擊地壓的可能性。

自南二903工作面開(kāi)始回采至采終共監(jiān)測(cè)到1427次微震事件，最大能量為3.03E+06J,總能量為6.06E+06J.其中能量小于10³J的780次，（注：達(dá)到10⁰J的 4次，達(dá)到10¹J的 113次，達(dá)到10²J 的663次），能量達(dá)到10³J的 622 次，能量達(dá)到10⁴J的 24次，能量達(dá)到10⁶J的 1 次。從整體震源分布來(lái)看，震源集中在超前工作面200m的巷道和采空區(qū)，發(fā)生在超前工作面的巷道一方面是由于受采動(dòng)影響，另一方面是受到工作面“見(jiàn)方”影響，針對(duì)這類(lèi)微震事件，主要采取施工卸壓爆破鉆孔進(jìn)行爆破卸壓，采取鉆屑法進(jìn)行驗(yàn)證其措施的有效性，對(duì)于發(fā)生在采空區(qū)的微震事件，主要是由于采空區(qū)頂板跨落造成的能量釋放，針對(duì)此類(lèi)情況，主要采取加密預(yù)測(cè)，保證各項(xiàng)指標(biāo)均在臨界值以下，方可繼續(xù)回采。

3.4 局部卸壓與降低應(yīng)力集中研究

大興煤礦903孤島工作面受動(dòng)力現(xiàn)象影響較為嚴(yán)重，因此采取多種卸壓措施綜合防治。

3.4.1 巷道幫部大直徑鉆孔卸壓

南二903工作面靜載應(yīng)力水平較高，易出現(xiàn)強(qiáng)動(dòng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，因此兩巷的大直徑鉆孔在強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)當(dāng)加密布置，鉆孔直徑114mm，孔間距為2m，鉆孔深度20 m，平行煤層方向，直線布置，與原卸壓孔交錯(cuò)布置。 運(yùn)、回順在工作面安裝前共計(jì)施工大直徑卸壓鉆孔226個(gè)，共計(jì)施工4520m。卸壓鉆孔施工如圖4所示：

圖4 ?南二903工作面防沖工程圖

3.4.2煤體爆破卸壓

在工作面“見(jiàn)方”前后、三角煤柱區(qū)域、斷層附近、工作面縮面期間、應(yīng)力集中區(qū)域施工卸壓爆破鉆孔，孔徑Ф42mm，孔間距5m，孔深10m，單孔裝藥量為3.0Kg，用黃泥進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度5m。工作面兩順共計(jì)施工爆破卸壓鉆孔135個(gè)，其中運(yùn)順施工爆破卸壓鉆孔圖4所示。

圖5 工作面巷道兩幫卸壓爆破鉆孔布置圖

3.4.3 工作面頂板深孔預(yù)裂

南二903工作面每回采30-35m，正好處于來(lái)壓周期壓范圍內(nèi)，在工作面支架間頂板施工頂板預(yù)裂鉆孔，運(yùn)順施工位置開(kāi)始在工作面距離運(yùn)順三角點(diǎn)距離10m處，回順施工位置開(kāi)始在工作面距離回順三角點(diǎn)距離10m處。鉆孔深度12m，鉆孔施工角度與煤層層面夾角為70?，垂直方向投影不小于11.2m。鉆孔布置如圖5所示。根據(jù)工作面推進(jìn)情況，大約每周施工一次，保證了工作面采空區(qū)頂板的順利冒落，減少了大能量微震事件的發(fā)生。從2019年5月開(kāi)始共計(jì)施工頂板預(yù)裂鉆孔23次，鉆孔276個(gè)總計(jì)3312m。

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圖6 工作面頂板預(yù)裂鉆孔布置圖

3.4.4 煤體高壓注水

煤體注水不但能提高其本身的塑性，還降低存儲(chǔ)彈性能量的能力，因此采取此方法降低發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)。

南二采區(qū)9煤層煤體較硬，在完成浸水性試驗(yàn)后，根據(jù)煤體的堅(jiān)固性系數(shù)確定每個(gè)鉆孔超前工作面的注水時(shí)間和停止時(shí)間，保證有效性（如表1所示），根據(jù)大興煤礦防突實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的9煤層堅(jiān)固性系數(shù)f值為1.3-1.61，從而確定了每個(gè)鉆孔開(kāi)始注水時(shí)間為距離工作面40m時(shí)，停止注水時(shí)間為鉆孔距離工作面10m時(shí)。

表 1 合理注水區(qū)域選擇參考表

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注水起止位置	軟媒f≤1	中硬煤（1≤f≤2.5）	硬煤（f≥2.5）
開(kāi)始注水超前工作面/m	40～60	30～50	20～35
停止注水超前工作面/m	10～20	8～15	3～10

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煤體注水軟化布置：

(1)在運(yùn)順采煤幫側(cè)施工注水孔，增加煤體塑性。

(2)從開(kāi)采前切眼開(kāi)始，開(kāi)采后超前工作面200m以?xún)?nèi)在運(yùn)順上幫煤體內(nèi)布置注水孔，參數(shù)為：孔距12m，孔徑Φ114mm，孔深30、50、90m，鉆孔與運(yùn)順煤壁垂直，沿煤層傾向布置，使用ZDY3200L進(jìn)行施工?！皟啥乱蛔ⅰ睅悍饪灼鞣饪?，封孔長(zhǎng)度不小于10m。

(3)使用高壓注水泵注水，注水壓力不小于12Mpa，當(dāng)注水壓力降至4Mpa以下時(shí)或煤體出現(xiàn)滲水后改為靜壓注水，以保證煤體含水量增量大于2%。

南二903運(yùn)順共計(jì)施工高壓注水鉆孔62個(gè)，總注水量為5613m?。

4 強(qiáng)支護(hù)、強(qiáng)限員措施、限制回采速度

4.1 強(qiáng)支護(hù)方式

增加南二903工作面超前支護(hù)段長(zhǎng)度，由原來(lái)的25m增加至超前200m布置替棚支架，南二903回順安設(shè)替棚支架27架，超前支護(hù)長(zhǎng)度為205米，南二903運(yùn)順安設(shè)替棚支架25架，超前支護(hù)長(zhǎng)度為207米。保障了超前支護(hù)段人員的作業(yè)安全。

4.2 強(qiáng)限員措施

工作面運(yùn)、回順口設(shè)置防沖管理站、管理站備有防護(hù)服、防沖頭盔，人員進(jìn)入時(shí)必須穿戴好防護(hù)裝備。防沖管理站由生產(chǎn)單位安排專(zhuān)人發(fā)放沖擊危險(xiǎn)區(qū)域準(zhǔn)入卡片，憑證進(jìn)入。工作面生產(chǎn)期間，兩順超前工作面200m范圍內(nèi)嚴(yán)禁人員進(jìn)入，通過(guò)、作業(yè)，其它作業(yè)地點(diǎn)合計(jì)限員16人，工作面檢修期間限員40人。

4.3 限制回采速度

903工作面嚴(yán)格控制推進(jìn)速度，減少由于開(kāi)采強(qiáng)度大而造成微震事件的集中，降低開(kāi)采強(qiáng)度，規(guī)定每天推進(jìn)4刀，并保證勻速推進(jìn)，白班不生產(chǎn)，四點(diǎn)班、零點(diǎn)班各采2刀，并根據(jù)微震數(shù)據(jù)變化情況及時(shí)調(diào)整刀數(shù)。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)沖擊地壓強(qiáng)度弱化減沖原理，實(shí)施煤層高壓注水、大直徑鉆孔卸壓、煤體爆破和頂板預(yù)裂等預(yù)防和解危技術(shù)的實(shí)施，將南二903工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性降低減弱，保證了工作面的安全回采。

(2)在嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)防沖措施的同時(shí)，必須保證強(qiáng)限員、強(qiáng)支護(hù)落實(shí)到位，真正意義上做到“有震無(wú)災(zāi)、有沖無(wú)傷、可防可控”。

(3)在采區(qū)設(shè)計(jì)和進(jìn)行采掘布局時(shí)，還是應(yīng)該盡量避免孤島開(kāi)采，并保證采止線對(duì)齊，減少人為因素增加工作面的開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)和開(kāi)采難度。

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