大采高綜采工作面沖擊地壓防治技術(shù)初探

王斯晨

【摘 要】針對(duì)羊場(chǎng)灣煤礦大采高綜采工作面回采過程中幾次沖擊地壓發(fā)生的特點(diǎn)和規(guī)律，論文分析了該礦的地質(zhì)情況和開采條件，提出了對(duì)沖擊地壓的綜合治理措施。

【Abstract】In view of the characteristics and laws of several times of rock burst in the process of mining in full-mechanized mining face with large mining height of Yangchangwan Colliery， the paper analyzes the geological situation and mining conditions of the mine， and puts forward the comprehensive control measures for rock burst.

【關(guān)鍵詞】煤礦;沖擊地壓;治理措施

【Keywords】coal mines; rock burst; control measures

【中圖分類號(hào)】TD324;TD263 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2019）11-0154-02

1 羊場(chǎng)灣煤礦沖擊地壓發(fā)生的特點(diǎn)和規(guī)律

1.1 沖擊地壓情況

沖擊地壓是煤礦開采過程中典型的動(dòng)力災(zāi)害之一，其沖擊強(qiáng)度和危險(xiǎn)性隨著礦井開采深度不斷增加而逐漸增強(qiáng)[1]。其發(fā)生原因極其復(fù)雜，影響因素眾多。羊場(chǎng)灣煤礦首次發(fā)生明顯的沖擊現(xiàn)象是在2018年2月11日，13采區(qū)130204綜采工作面，該工作面已推進(jìn)640m，平均采深560m。沖擊地壓造成回風(fēng)巷自工作面向巷口300m范圍底鼓達(dá)1.7m。在此面回采過程中，又多次出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象，給工作人員的作業(yè)安全帶來嚴(yán)重威脅[2]。

2019年4月19日，羊場(chǎng)灣煤礦綜采三隊(duì)回采該煤層下延6面，即130206綜采工作面，此時(shí)該工作面地面標(biāo)高+1423.88m，上巷標(biāo)高+860.58m，下巷標(biāo)高+814.55m。上巷自工作面向巷口方向發(fā)生沖擊地壓，導(dǎo)致巷道自工作面向外300m范圍內(nèi)底鼓1.2m，頂板下沉0.6m，兩幫幫鼓嚴(yán)重，巷道剩余高度不足2m;此后回采過程中又發(fā)生兩次沖擊地壓，導(dǎo)致巷道幫鼓加劇，頂板下沉量最大達(dá)1.2m，底鼓最大達(dá)1.8m，巷道高度不足0.8m，寬度不足2m。工作面正常通風(fēng)受到嚴(yán)重影響。

1.2 沖擊地壓發(fā)生的特點(diǎn)和規(guī)律

開采深度分析：13采區(qū)2煤平均厚8m，平均埋深664m，煤層傾角10～25°，隨著采深增加，13采區(qū)03、04、05、06工作面都發(fā)生了沖擊地壓，沖擊強(qiáng)度逐漸增加。

煤巖性質(zhì)分析：2煤為條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，偽頂巖性為炭質(zhì)泥巖，直接頂巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖，老頂為粗砂巖、粉砂巖，直接底為粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，裂隙較發(fā)育。2煤的煤質(zhì)較硬，單軸抗壓強(qiáng)度19.2MPa，彈性模量1.76GPa;老頂（粗砂巖）單軸抗壓強(qiáng)度24.45MPa，彈性模量4.09GPa;直接頂（粉砂巖）單軸抗壓強(qiáng)度66.5MPa。

2 支承壓力分布規(guī)律

長(zhǎng)壁工作面正常開采前后方的應(yīng)力分布如圖1所示，煤壁前方一定距離處支承壓力達(dá)到峰值，向煤層深處支承壓力逐漸趨于原巖應(yīng)力，煤壁后方采空區(qū)應(yīng)力逐漸增大至原巖應(yīng)力。煤壁前方支承壓力最大值σmax與原巖應(yīng)力σ0比值k為應(yīng)力集中系數(shù)，反映超前支承壓力集中程度。

羊場(chǎng)灣煤礦13采區(qū)二煤工作面超前支承壓力分布情況與寧東礦區(qū)回采二煤煤礦的分布情況類似。130206工作面在距開切眼310m、312m、316m觀測(cè)斷面安裝柔性探測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)工作面前方支承壓力變化與工作面推進(jìn)距離關(guān)系（如圖2，3，4）。

距工作面60～80m，支承壓力開始逐漸增大，直至到達(dá)峰值后降低，工作面支承壓力曲線呈不規(guī)則拋物線形狀，峰值左側(cè)煤體處于彈性壓縮狀態(tài)，峰值右側(cè)煤體處于塑性壓縮狀態(tài)，應(yīng)力集中系數(shù)K為2.5～3。塑性區(qū)域煤體已壓酥破壞，礦山壓力顯現(xiàn)較大。工程現(xiàn)場(chǎng)中該區(qū)域巷道變形較劇烈，與支承壓力分布特征相互吻合。

支承壓力影響范圍在60～80m，其中，塑性區(qū)范圍在20～30m，塑性區(qū)煤體已壓酥破壞，為工作面煤體的沖擊彈射充當(dāng)保護(hù)帶，發(fā)生沖擊破壞的可能性很小，工程現(xiàn)場(chǎng)中，工作面煤體一直未發(fā)生沖擊彈射，符合推斷結(jié)果。

工作面前方30～60m內(nèi)煤體處于彈性應(yīng)力狀態(tài)，煤體內(nèi)存在較大壓縮彈性能，對(duì)底板有較大壓縮作用，有可能會(huì)導(dǎo)致底板巖體屈曲破壞，工程現(xiàn)場(chǎng)中該區(qū)域震動(dòng)頻率高、巷道頂?shù)装迤茐某潭葒?yán)重。

3 沖擊地壓綜合治理措施

13采區(qū)二煤中幾個(gè)工作面沖擊地壓的特點(diǎn)說明該礦沖擊地壓屬煤體壓縮沖擊型，綜合治理措施如下。

①?gòu)?qiáng)化超前支護(hù)：工作面超前支護(hù)分為三部分：第一部分為工作面前方60m范圍，采用3.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁四柱”長(zhǎng)鋼棚與2.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁二柱”短鋼棚聯(lián)合支護(hù)，長(zhǎng)鋼棚與短鋼棚排距為0.5m;第二部分為工作面前方60～80m，采用3.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁三柱”鋼棚支護(hù);第三部分為工作面前方80～100m，采用3.5mπ型鋼梁和3.8m懸浮式單體支柱形成的“一梁二柱”鋼棚支護(hù)。在超前支護(hù)范圍內(nèi)的所有單體支柱都需要穿鐵柱鞋，防止支柱鉆底，保證支柱支撐有力。

②修復(fù)損壞巷道：超前內(nèi)風(fēng)巷下幫鋪設(shè)一部40T刮板輸送機(jī)，使用一臺(tái)巷道修復(fù)機(jī)和鋪設(shè)的刮板輸送機(jī)配合對(duì)巷道底鼓范圍對(duì)地坪進(jìn)行破除和起底，以保證巷道斷面符合回風(fēng)要求。

③對(duì)風(fēng)巷頂板進(jìn)行預(yù)裂爆破卸壓：自切眼向外300m至措施巷范圍實(shí)施頂板預(yù)裂爆破。預(yù)裂爆破分別針對(duì)工作面頂板及相鄰采空區(qū)懸露頂板。工作面?zhèn)软敯孱A(yù)裂爆破：每隔20m布置一鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)施工3個(gè)孔，孔徑79mm，孔深25m，孔口距巷幫1m，爆破后及時(shí)對(duì)鉆孔孔口進(jìn)行封堵。三個(gè)鉆孔垂直于巷道走向，仰角分別為40°、55°、75°。各孔裝藥均為24kg（凈重），封孔長(zhǎng)度均不小于10m。三個(gè)孔采取一次裝藥、一次起爆方式進(jìn)行爆破。煤柱側(cè)懸露頂板預(yù)裂爆破：每隔10m布置1個(gè)孔，孔徑為79mm，孔深為25m，孔口距巷幫1m，爆破后及時(shí)對(duì)鉆孔孔口進(jìn)行封堵。鉆孔垂直于巷道走向，仰角為75°。每鉆孔裝藥為24kg（凈重），封孔長(zhǎng)度不小于7m。采取一次裝藥、一次起爆方式進(jìn)行爆破。工作面回采期間，頂板預(yù)裂爆破超前煤壁300m進(jìn)行。

④對(duì)風(fēng)巷煤幫施工大直徑鉆孔卸壓：在工作面巷道兩幫布置鉆孔，鉆孔直徑133mm，孔間距2m（每?jī)膳佩^桿間施工一個(gè)孔），孔深20m，距巷道底板1.5m。鉆孔垂直煤壁，平行于煤層方向。

⑤進(jìn)行礦山壓力觀測(cè)，以便及時(shí)了解礦壓變化情況。同時(shí)，通過運(yùn)用鉆屑法評(píng)估巷道沖擊危險(xiǎn)性。

4 結(jié)論

羊場(chǎng)灣煤礦13采區(qū)二煤的沖擊地壓大都發(fā)生在上巷超前支承壓力集中區(qū)，屬于煤體壓縮沖擊類型。通過應(yīng)用加強(qiáng)支護(hù)、巷道修復(fù)、頂板預(yù)裂爆破、幫部大直徑鉆孔卸壓等方式，杜絕了沖擊地壓的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】齊慶新，竇林明.沖擊地壓理論與技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

【2】陸振裕，竇林名，徐學(xué)鋒，等.鉆屑法探測(cè)巷道圍巖應(yīng)力及預(yù)測(cè)沖擊危險(xiǎn)新探究[J].煤炭工程，2011（01）：80-82.