易自燃厚煤层回采工作面冲击矿压的防治

许德强，王素娜

（河南大有能源股份有限公司 常村煤矿，河南 义马 472431）

1 工作面概况

2120工作面位于21盘区3条下山西翼，上部为已采毕的2118工作面，下部为未开掘的2122工作面，西部与已采毕的跃进井田23010和23030工作面相邻。工作面可采走向长度795m，倾斜长180m，可采储量1.16 Mt。地表高程为+523m～+572m，井下对应标高为-188.692m～-118.323m，最大采深760.692m，平均采深701m，倾角9°～15°。

本工作面地质构造较简单，掘进过程中，在上巷揭露断层1条，为正断层，落差1.5m，倾角55°，下巷揭露断层3条，均为正断层，落差分别为：1.5m、0.5m、0.4m，对回采影响不大。

2 冲击影响因素分析

2.1 煤岩的冲击倾向性

根据中国矿业大学试验测定结果，煤层煤样的弹性能指数4.88，冲击能指数2.65、动态破坏时间170ms，煤样的冲击倾向性为弱冲击倾向。常村煤矿2～3煤层上覆砂岩岩样的弯曲能指数0.22kJ，煤岩样的冲击倾向性为弱冲击倾向。

2.2 开采深度影响

2120工作面平均采深为701m，处于冲击矿压危险增加深度。

2.3 断层等地质构造的影响

该工作面共揭露4条断层，造成断层水平运动的残余构造应力依然存在，上方岩层的自重、已开采区域上方岩层向工作面位置滑移的重力分力，同时作用在工作面位置。因此，断层地区属于高应力积聚区，故断层在一定程度上可能会对冲击矿压的发生造成一定影响。

2.4 煤层厚度的变化

2120工作面煤层从煤轨向西至设计切眼，厚度逐渐变薄，厚度变化较平缓，但不排除个别地方及其它工作面出现煤层厚度急剧变化，这些厚度变化较为急剧的地方就可能有冲击矿压发生的危险。

2.5 遗留煤柱对冲击矿压的影响

2120工作面西部正对跃进矿23010和23030工作面采空区，2120切眼与跃进矿23010和23030工作面采空区中间平均煤柱宽度为88.5m，形成高应力区。

2120面上部为本矿2118工作面采空区，2120上巷距离2118工作面下巷净煤柱为6m，开采过程中上巷应力集中系数较小，冲击危险减小，下巷应力集中较高，冲击危险较高。

2.6 切眼和停采线附近的应力分布对冲击的影响

依据2120工作面的实际岩层条件，采用FLAC3D数值模拟软件进行模拟和现场应力实测。巷道切眼贯通后，在工作面的上、下端头出现较高的应力，且分布区域较大，停采线附近垂直应力升高了3 倍。因此在工作面切眼和停采线附近要加强防冲管理。

3 回采期间防冲设计

3.1 预测预警

（1）电磁辐射监测

利用KBD-5型、KBD-7型电磁辐射仪对工作面超前350m 范围进行流动和在线实时监测。KBD-5型电磁辐射仪测点布置在上巷下帮、下巷上帮，前100m 间距10 m，后250 m 间距20 m，每点监测2 min，每天监测一遍。KBD-7型电磁辐射仪对工作面前方防冲重点区域进行全天候实时监测（见图1）。

图1 2120工作面电磁辐射仪监测示意

监测预报指标为脉冲数、幅值平均值、幅值最大值，利用监测电磁辐射的脉冲数、幅值平均值、幅值最大值的大小及变化趋势对工作面进行预测预报。电磁辐射的冲击危险预报值定为：强度65mv，脉冲70。

（2）地音监测系统

ARES一5／E 地音监测系统布置：上下巷各布置2个探头，距工作面80m 处安装1个探头，距工作面160m 处安装1个探头（见图2）。

图2 2120工作面地音监测探头布置

（3）煤粉监测

当电磁辐射仪监测、地音仪监测数据异常时，及时利用钻屑法进行校核检验，钻孔定位在异常区内，采用孔径为42mm，孔深25m，间距5～6m 的钻孔（见图3、图4）。

图3 钻孔布置纵剖面

图4 钻孔布置横剖面

标准煤粉量定为2.4kg／m，当两种监测手段均有冲击危险时，应及时实施解危措施，直至消除冲击危险。

3.2 矿压观测

采用KJ216顶板动态在线监测系统进行工作面支架阻力监测，为工作面回采期间提供可靠的顶板来压和超前应力影响范围预报。综合以上监测结果进行分析，确认工作面无冲击危险后，方可进行生产。

（1）综采支架压力监测

2120工作面有综采支架122架，11架安装1台压力检测分机，共需11台压力分机，第1台和第11台安装于工作面端头支架。

（2）上下巷顶板离层和锚杆应力监测

2120上巷50m 位置开始安装1号顶板离层传感器，以后每100m 安装1台，共需安装9台顶板离层传感器；上巷口50m 开始安装1号锚杆应力传感器，以后每50m 安装1台，共需安装17台锚杆应力传感器。

2120下巷50m 位置开始安装10号顶板离层传感器，以后每100m 安装1台，共需安装10台顶板离层传感器；下巷口50m 开始安装1号锚杆应力传感器，以后每50m安装1台，共需安装20台锚杆应力传感器。

（3）超前应力监测

2120切眼前200m 向外开始，每20m 安装1台钻孔应力传感器，上巷和下巷各安装5台（见图5）。

图5 2120顶板动态监测系统采场测点布置示意

4 防治措施

工作面在回采期间针对所有冲击危险区域采取综合防冲解危措施，包括：卸压爆破、煤层注水、钻孔卸压和下拐头强制放顶爆破等。

4.1 卸压爆破施工设计

卸压爆破布置范围：2120上下巷各冲击危险区域；预警监测系统监测出存在冲击危险区域。

炮眼布置方式及爆破参数：炮孔垂直煤壁单排布置，距底板1.5 m，炮孔间距均为10 m，孔深25 m，孔径42 mm。炮孔单孔装药量为6kg，钻孔沿煤层倾向布置，巷道上帮钻孔角度为+11°，下帮钻孔角度为-11°。采用水泡泥配合封堵剂封孔，封孔长度6.5m，采用正向装药，双雷管并联起爆（见图6）。

图6 2120工作面卸压爆破钻孔布置平面

4.2 煤层注水设计

（1）注水参数

预注水实施指标定为：含水率增值不小于1.5%，煤层湿润时间为静压注水20天，高压注水以煤壁反水为准。

注水孔布置：工作面上巷下帮和下巷上帮间隔45 m开设注水钻场。钻场内分散布置3个注水钻孔，钻孔垂直煤壁单排布置，沿煤层倾角打设，距底板1.2m，钻场间隔部分布置40m 深钻孔静压注水系统，切眼采取浅孔注水，钻孔垂直煤壁单排布置，孔间距为5m，钻孔角度为+16°，距顶煤1.2m（见图7）。

图7 2120工作面煤层注水钻孔布置平面

单孔注水量：130m 深钻孔单孔注水量为532.35m3；60m 钻孔单孔注水量为245.7 m3；40 m 钻孔注水量为163.8m3；8m 钻孔单孔注水量为8.19m3。

4.3 效果检验

根据电磁辐射监测、钻屑法煤粉监测，矿压监测、地音监测系统监测、钻孔应力计等监测数据对深孔卸压爆破措施、煤层高压注水等防治措施对冲击地压防治效果进行验证，确定无冲击危险或冲击危险消除后方可生产。

5 结语

1）通过对2120工作面煤岩冲击倾向性、采深、地质构造、煤柱等因素对冲击影响分析，确定该工作面为防冲的重点区域。

2）回采期间采用监测预警系统和矿压观测对冲击危险性进行预测预报，能够准确预报冲击危险区域。

3）该区域钻屑法监测冲击矿压的监测指标标准煤粉量为2.4kg／m。

4）采取卸压及煤层注水等综合防护措施，使巷道的高应力区向深部转移，减小巷道周边的应力集中程度，从而降低冲击矿压发生的可能。