淺析N2103回風(fēng)巷強(qiáng)礦壓區(qū)的管理措施

王 鵬

(潞安化工集團(tuán) 調(diào)度指揮部，山西 長治 046204)

隨著我國煤炭開采強(qiáng)度和深度的不斷增大，采場(chǎng)空間圍巖應(yīng)力分布日趨復(fù)雜，強(qiáng)礦壓災(zāi)害日趨嚴(yán)重[1-2]。井巷開挖前，煤巖處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，采掘工作面開挖時(shí)，施工擾動(dòng)使其平衡狀態(tài)發(fā)生變化，薄弱點(diǎn)的巖體彈性應(yīng)變能突然釋放，導(dǎo)致煤巖噴出。當(dāng)強(qiáng)礦壓現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，會(huì)直接摧毀巷道，嚴(yán)重威脅井下工作人員的生命安全[3-5]。

強(qiáng)礦壓的防治主要有區(qū)域性和局部性解危措施，其中局部性的解危措施主要包括煤層卸載爆破、斷頂爆破、鉆孔卸壓、加強(qiáng)支護(hù)等。大直徑鉆孔卸壓和加強(qiáng)支護(hù)管理因工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)生產(chǎn)影響小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦開采中得到了廣泛應(yīng)用。本文對(duì)余吾煤業(yè)N2103回風(fēng)巷道強(qiáng)礦壓區(qū)采取了一系列措施，保證了N2103工作面順利回采及作業(yè)人員的安全。

1 N2103工作面現(xiàn)狀

余吾煤業(yè)公司位于山西省屯留縣境內(nèi)，設(shè)計(jì)能力750萬t/a，為高瓦斯礦井。礦井主采3號(hào)煤層，埋深500～700 m，煤層厚度5～7.25 m，平均厚度5.99 m，煤體硬度1

N2103回風(fēng)巷沿煤層頂板掘進(jìn)，底板留有2.5 m左右的底煤，斷面寬×高=4.8 m×4.0 m。N2103工作面位于公司北風(fēng)井東翼采區(qū)，工作面北側(cè)為實(shí)體煤，南側(cè)為北風(fēng)井東翼5條大巷，西側(cè)為實(shí)體煤，東側(cè)為 N2105工作面(已采)，與 N2103回順之間留設(shè)30 m煤柱，埋藏深度586～562 m。

N2103工作面發(fā)生強(qiáng)礦壓現(xiàn)象時(shí)，工作面已回采1 205 m；當(dāng)時(shí)回順超前維護(hù)長度為50 m，采用一梁三柱棚架設(shè)大板棚支護(hù)，棚距800 mm。切眼往外100 m范圍內(nèi)巷道變形嚴(yán)重，巷道斷面最小處僅為2.5 m×2.5 m。超前棚內(nèi)巷道底鼓嚴(yán)重。為防止N2103工作面再次發(fā)生強(qiáng)礦壓現(xiàn)象，保證作業(yè)人員及設(shè)備安全，特別制定了新的管理措施。

2 強(qiáng)礦壓區(qū)管理措施

2.1 人員管理

1) N2103回風(fēng)巷道切眼外20 m至切眼往外500 m內(nèi)實(shí)行封閉管理，且沿切眼外20 m處拉警戒線，500 m處設(shè)置警戒柵欄門，入口處懸掛醒目的“強(qiáng)礦壓管理區(qū)”警示牌，警戒位置見圖1。由作業(yè)隊(duì)組專職人員負(fù)責(zé)，同時(shí)在警戒兩端安設(shè)電話，并建立人員進(jìn)出臺(tái)賬。

圖1 警戒示意

2) 生產(chǎn)期間警戒范圍內(nèi)嚴(yán)禁進(jìn)入，工作面不生產(chǎn)期間，作業(yè)人員可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，作業(yè)完成后必須分散快速離開。

3) 任何人員不得坐在設(shè)備或物料上休息。

4) 作業(yè)人員要隨時(shí)注意觀察頂幫壓力變化情況，當(dāng)出現(xiàn)頂板壓力突然增大，煤炮異響等強(qiáng)礦壓征兆或接到撤離通知時(shí)，要及時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)入安全地點(diǎn)。

2.2 物料管理

1) 回風(fēng)巷警戒區(qū)內(nèi)的錨桿、錨索全部用雙股鐵絲固定到頂網(wǎng)和幫網(wǎng)上。

2) 回風(fēng)巷強(qiáng)礦壓區(qū)作業(yè)人員作業(yè)時(shí)，只能在檢修班停機(jī)期間進(jìn)入，運(yùn)料、打鉆及架棚人員不得交叉作業(yè)。

3) 回風(fēng)巷至工作面切眼300 m范圍內(nèi)不得存放雜物，不用的材料必須及時(shí)回收升井；不能及時(shí)回收升井的材料、設(shè)備，必須移至工作面300 m范圍外，在巷幫分類碼放整齊，碼放高度不得超過0.8 m，并用2分繩與巷幫鋼帶之間牢牢固定。

2.3 支護(hù)方案

1) 保證回順超前棚架設(shè)長度不低于100 m，棚距700～900 mm。

2) 所有單體柱要打設(shè)垂直并成直線，拴好雙護(hù)繩，偏差不得超過±50 mm，大板用雙股10號(hào)鉛絲栓在頂網(wǎng)上。

3) 架棚、回棚、挑大板等作業(yè)過程中，作業(yè)地點(diǎn)前后5 m范圍內(nèi)，嚴(yán)禁有其它人員作業(yè)或停留。

2.4 卸壓孔施工方案

2.4.1 鉆孔設(shè)計(jì)要求

為降低N2103回風(fēng)巷強(qiáng)礦壓區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)回順切眼往外300 m的巷道打設(shè)卸壓孔，打設(shè)示意圖見圖2和圖3。

圖2 卸壓孔剖面

圖3 卸壓孔俯視

1) 煤墻、煤柱側(cè)卸壓孔：距底板1.5 m高，垂直煤墻打設(shè)，孔深20 m，孔徑120 mm，間距1 m，孔口封口2 m。

2) 底板卸壓孔：在煤墻側(cè)距煤墻幫600 mm，垂直底板打設(shè)，孔徑120 mm，孔深見巖即可，間距0.8～1.0 m，孔口用編織袋進(jìn)行封堵，防止煤塵進(jìn)入造成堵孔。

2.4.2 卸壓孔施工要求

1) 施工鉆孔時(shí)要嚴(yán)格按照鉆孔設(shè)計(jì)要求中規(guī)定的方位、角度、孔深等進(jìn)行施工，不得擅自改動(dòng)。同時(shí)，為保證鉆孔成孔質(zhì)量，鉆孔開孔高度、孔距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)打鉆情況進(jìn)行調(diào)整，避開巷道內(nèi)的風(fēng)水管路、錨桿、錨索等，孔距偏差不得超過100 mm。

2) 打設(shè)卸壓孔時(shí)，應(yīng)從里往外依次打設(shè)，為保證卸壓效果，孔口封堵2 m，并掛設(shè)鉆孔說明牌。

3) 卸壓說明牌板必須在打完1個(gè)卸壓孔后立即掛設(shè)，并注明鉆孔編號(hào)、時(shí)間、施工人員、鉆孔深度及打設(shè)過程中的異常情況(夾鉆等)。

2.4.3 打設(shè)卸壓孔安全注意事項(xiàng)

1) 打眼過程中，要隨時(shí)注意煤巖幫頂板，發(fā)現(xiàn)有片幫、冒頂危險(xiǎn)時(shí)，必須立即停鉆處理。

2) 打眼時(shí)，要掌握好鉆孔的深度和角度，達(dá)到要求深度時(shí)，減速撤鉆；鉆深眼時(shí)，必須采用不同長度的鉆桿，開始時(shí)應(yīng)使用短鉆桿。

3) 打設(shè)底板卸壓孔時(shí)，鉆桿拔出后，應(yīng)及時(shí)用編織袋將孔口堵好，防止煤巖粉堵塞卸壓孔。

4) 當(dāng)工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸^0.8%，打鉆過程中發(fā)現(xiàn)煤層中有出水、生銹、掛汗、水響、怪味、瓦斯涌出量增加等異常情況時(shí)停止打鉆，處理完后再打鉆。

2.5 鉆屑法施工方案

1) 監(jiān)測(cè)設(shè)備：ZQSJ-80/2.8S型氣動(dòng)手持式鉆機(jī)。

2) 監(jiān)測(cè)范圍：工作面回風(fēng)巷道超前300 m兩幫。

3) 監(jiān)測(cè)頻率：第一周監(jiān)測(cè)回風(fēng)巷道超前工作面20 m、50 m、80 m、110 m、170 m、260 m的煤墻幫(工作面?zhèn)?；第二周監(jiān)測(cè)回風(fēng)巷道超前工作面20 m、50 m、80 m、110 m、170 m、260 m的煤柱幫(采空區(qū)側(cè))。強(qiáng)礦壓區(qū)每?jī)芍苋鏅z測(cè)1次。

4) 監(jiān)測(cè)方法：用鉆機(jī)打監(jiān)測(cè)鉆孔，采用插銷式聯(lián)接的麻花鉆桿，每節(jié)長1 m，D42 mm的鉆頭，鉆孔的深度為14 m。用塑料桶或編織袋等收集鉆出的煤粉，每鉆進(jìn)1 m用測(cè)力計(jì)測(cè)量1次鉆屑量，并及時(shí)記錄。

5) 監(jiān)測(cè)內(nèi)容：用專用表格記錄打眼地點(diǎn)、時(shí)間、鉆屑排出量，以及打眼過程中出現(xiàn)的鉆桿跳動(dòng)、卡鉆、劈裂聲和微沖擊等動(dòng)力現(xiàn)象。

6) 在打鉆過程中若出現(xiàn)煤粉量超標(biāo)，則應(yīng)在超標(biāo)鉆孔兩側(cè)5 m范圍內(nèi)各打1個(gè)鉆孔繼續(xù)監(jiān)測(cè)，確定強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)區(qū)域后，制定相應(yīng)的解危措施進(jìn)行煤體卸壓。

3 卸壓效果檢驗(yàn)

3.1 表面位移監(jiān)測(cè)

1) 在N2103回風(fēng)巷道超前工作面300 m范圍內(nèi)每20 m布置1組測(cè)點(diǎn)。每組測(cè)點(diǎn)4個(gè)(頂?shù)装寮皟蓭?，采用“十”字布點(diǎn)法布置，采用皮尺進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)確保測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)覆蓋超前工作面300 m范圍。所有測(cè)點(diǎn)觀測(cè)周期為1周/次，每周一8點(diǎn)班檢修時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。從首次觀測(cè)之后連續(xù)觀測(cè)5次，巷道變形數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 巷道變形數(shù)據(jù) m

2) 通過與首次觀測(cè)數(shù)據(jù)相比，巷道在采取卸壓措施后，整體變形較小且趨于穩(wěn)定，由此可知，巷道超前工作面300 m范圍內(nèi)卸壓效果較好，同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)回順頂幫的巡查，發(fā)現(xiàn)破網(wǎng)、漏矸時(shí)及時(shí)補(bǔ)網(wǎng)，或架棚管理。

3.2 鉆屑法效果檢驗(yàn)

確定煤粉量的臨界值，首先需要取標(biāo)準(zhǔn)煤粉量，再結(jié)合鉆粉率指數(shù)確定臨界值。

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)鉆粉量時(shí)應(yīng)避開地質(zhì)構(gòu)造影響帶、超前支承壓力影響帶、殘留煤柱影響帶等典型應(yīng)力異常區(qū)域。用鉆粉率指數(shù)方法判別工作地點(diǎn)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)性的指標(biāo)[6-7]，可參照表2的規(guī)定，結(jié)合實(shí)際情況執(zhí)行。實(shí)際鉆粉率達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)或出現(xiàn)鉆桿卡死現(xiàn)象，可判定所測(cè)工作地點(diǎn)有強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)。

表2 判別工作地點(diǎn)強(qiáng)礦壓危險(xiǎn)性的鉆粉率指數(shù)

截至10月20日，煤墻側(cè)共測(cè)定3次，煤柱側(cè)測(cè)定2次。鉆屑平均值如表3所示。

表3 鉆屑平均值數(shù)據(jù)

通過與臨界值比較，超前工作面300 m范圍內(nèi)所測(cè)5組測(cè)點(diǎn)鉆屑值在標(biāo)準(zhǔn)值上下波動(dòng)，遠(yuǎn)小于危險(xiǎn)臨界值，現(xiàn)場(chǎng)總體卸壓效果較好。根據(jù)鉆屑法驗(yàn)證可看出，超前工作面300 m范圍內(nèi)發(fā)生強(qiáng)礦壓的危險(xiǎn)性較小。

4 結(jié) 語

嚴(yán)格對(duì)作業(yè)區(qū)的人員及物料進(jìn)行管理，并在原來的支護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)，通過定期的鉆屑法和表面位移監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)，保證了N2103工作面順利、安全回采，N2103回風(fēng)巷道強(qiáng)礦壓區(qū)的管理方案被證明是可行的，為其他有強(qiáng)礦壓現(xiàn)象的工作面回采提供了一定的借鑒。