大采深厚煤层冲击地压防治技术研究

文/马晓东

大采深厚煤层冲击地压防治技术研究

文/马晓东

冲击地压作为一种特殊的矿压显现形式，已成为煤矿开采特别是深部开采矿井的主要灾害，严重威胁煤矿的安全生产。冲击地压发生时，常因煤岩体中应变能的突然、急剧、猛烈释放而导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬时发生破坏，造成井巷的严重破坏和人员的重大伤亡。义煤集团最早有记录的冲击地压发生在1998年的千秋煤矿，之后多对矿井不同程度也发生了冲击地压，对矿井的安全生产构成严重威胁，经过十几年的不断探索，对冲击地压有了充分深刻的认识，成功应用多种方法进行冲击地压预测和防治，有效地控制了冲击地压的发生。

一、义马矿区千秋矿概况

义煤集团千秋煤矿始建于1956年，1958年投产，2007年设计核定生产能力210万t/a，是义煤集团的骨干矿井之一。井田位于河南省义马市之南1～2km，义马煤田中部，井田内有二1（平均煤厚7m）和二3（平均煤厚15m）煤层，中间有简单夹矸，可采性系数Km= 1，属较为稳定煤层。

二、冲击地压发生机理分析

1.上覆巨厚砾岩影响

据钻孔揭露，千秋煤矿主采的二号煤层上覆有400m巨厚砾岩层，坚硬厚层砾岩顶板容易聚积大量的弹性能，在其破断或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，从而导致冲击地压发生。

2.煤层具有冲击倾向性

冲击倾向性是识别煤岩体发生冲击破坏的能力，鉴定其是否具有发生冲击地压危险性的固有力学性质，是发生冲击地压的必要因素之一，强冲击倾向性煤体的失稳破坏更突然、更难于预测。经煤科总院鉴定千秋煤矿2#煤层下部分层属于3类，为具有强冲击倾向性的煤层。

3.地质构造影响

F16大断层贯穿千秋矿的2#煤层，断层为近东西走向逆断层，落差30～400m，在采动影响易于发生“活化”，煤层顶板岩层难以控制，尤其是当开采区域断层比较发育时，断层对矿压分布规律的影响十分明显；并且千秋井田处在义马煤田大向斜轴部，构造应力集中，增加了发生冲击地压的几率。

4.矿井采深较大

千秋煤矿首次发生冲击地压的开采深度为449m，目前矿井开采深度已经超过800m，冲击地压危险性势必进一步增大。千秋煤矿冲击地压主要是底板型冲击，冲击地压发生时，底板大量鼓起，说明煤层底板存在高应力。大采深高支承压力作用在地板上，在高应力底板内受采动扰动影响容易发生冲击地压。

三、冲击地压综合防治措施

1.防范技术

(1)沿空小煤柱布巷。工作面上巷沿上采空区边沿掘进，留设煤柱宽度3～5m，把巷道布置在卸载区内，避开应力峰值区，减小冲击危险和巷道变形。

（2）宽巷沿底掘巷。工作面下巷巷道断面由15m2扩大至24m2，降低巷道煤体边沿支承压力；沿底板掘进不留底煤，增大底板强度，减小因留底煤造成的底板冲击危险性。

（3）三级让压支护。掘巷后采用锚网索Ⅰ级主动支护，然后架设36U可缩性半圆拱形棚Ⅱ级支护，在可缩性半圆拱棚下安装大立柱防冲支架Ⅲ级加强支护，加强支护超前距离不低于150m，对巷道两帮煤体及时进行松帮卸压，保证卸压间隙≥300mm，避免应力聚积和支护破坏。

2.监测预警

（1）微震监测。ESG加拿大微震监测系统，在掘进期间跟随掘进头在上巷下帮、下巷上帮的巷道顶板上每200m安装加拿大ESG微震监测探头一个，上下巷呈“品”字形布置，实现对工作面的矿震信号进行远距离、实时、动态、自动监测，确定出每次震动的震动类型，判断出冲击矿压发生应力源，对工作面冲击地压危险程度进行评价。

波兰微震系统。矿井设有波兰ARAMIS M/E系统实现整个矿井大范围的，高位岩层的低频、高能量大微震事件的监测预测。

KZ-301矿震监测系统。对义马整个煤田进行矿震监测，并定位震级，对于整个煤田矿震发生、运动规律进行研究分析打下基础。

（2）局部辅助监测。采用KBD-5、KBD-7、KJ-550冲击地压实时在线预警监测系统配合常规的钻屑法监测及矿压观测法组成的局部监测体系，进行综合预警；采用KJ216综采支架阻力在线监测系统可对工作面周期来压情况做到有效的分析和掌握。

千秋煤矿实现了多渠道，多手段捕捉冲击地压信息，形成了从井田到采区到工作面全方位的立体式监测网络“三级”预警体系，对研究冲击地压发生规律，提前预测冲击危险信息提供了技术支持，为有针对性采取防治措施提供保障。

3.解危技术

（1）煤层注水。千秋煤矿煤层单轴抗压强度为22.4Mpa，煤质硬脆，容易积聚弹性能。通过采前工作面煤层预注水（如图1所示），使煤体强度在一定程度上得到弱化、软化，降低煤体储存弹性能的能力，使高应力向煤体深部转移，减小开采过程发生冲击地压的危险性。

图1　注水卸压示意图

（2）煤层爆破卸压。通过实施煤层爆破，使钻孔周围一定区域的煤体结构发生破坏，产生裂隙，在8～15m范围内形成卸压带，高应力转移至煤体深部，能量的存储和释放空间增大，消除冲击地压发生条件，最大限度地避免冲击地压的发生。

（3）顶板爆破卸压。实施超前顶板深孔预爆破后，在顶板中形成裂缝并促使原生裂隙进一步扩展，顶板结构破坏，释放顶板所积聚的能量，并促使采空区顶板冒落，削弱采空区与工作面超前区间顶板连续性，减小顶板来压时的强度和冲击性，达到防治冲击地压发生的目的。

（4）煤层钻孔卸压。作为冲击地压煤层治理的一种常规措施，千秋煤矿在具有冲击危险的掘进面两帮以及回采面下巷两帮超前350m煤层中，实施孔深不低于20m，直径120mm的大直径钻孔，使钻孔周围煤体应力集中程度降低，高应力转移至煤体深部，起到预卸压目的，与煤层爆破卸压互补，起到了明显的防治效果。

四、结论

通过采取沿空掘巷、沿底大断面掘巷、三级让压支护等防范技术措施，使巷道避开应力集中区，有效减少了冲击地压发生的概率。

通过微震、电磁辐射、矿压监测以及钻屑法监测等综合预警手段，对于冲击地压发生前兆信息做到初步的了解和探究，对指导区域性防范措施和局部性解危措施具有十分重要的意义。

在应力集中的煤岩体中实施预注水、爆破卸压、钻孔卸压，使集中应力得到缓解和释放，使采掘生产在卸压保护带内进行。

通过微震、电磁辐射、矿压观测对冲击地压防治措施中的煤层注水、卸压爆破、钻孔卸压等，进行跟踪效果检验，使冲击地压防治做到了超前预警，卸压及时，冲击地压发生次数逐年下降，为矿井安全生产做出了突出贡献。

（责任编辑：李元）

作者单位：（河南义马煤业集团）