强冲击煤层综采工作面过高应力区域矿压防治技术的应用

王涛 李红平 贾兵兵

摘 要：针对宽沟煤矿E1148工作面本身在具有强冲击倾向性的条件下，推进至上部为E114（2）2工作面的停采线附近高应力区域位置时，根据微震监测和pasta-m试验所得出的数据分析，制定出了采用卸压爆破解除冲击矿压危险的技术措施。采用综合监测手段对爆破进行了效果检验，结果表明，通过卸压爆破措施可以释放顶板聚集的弹性能，减弱和消除工作面的冲击矿压危险，工作面的安全生产得以保证。

关键词：强冲击倾向性；停采线；卸压爆破；微震监测

1 矿井概况

宽沟煤矿含煤地层为中侏罗统西山窑组，含可采及局部可采煤层7层，煤层平均厚度1.22m-9.5m；矿井相对瓦斯涌出量为1.69m3/t，绝对瓦斯涌出量为4.98m3/min，为低瓦斯矿井；煤层为不自燃-易自燃煤层；煤尘爆炸性指数值在26.34-42.96%之间，煤尘具有爆炸性。根据判定煤层冲击倾向性4个指数各自特性，DT和UCS的隶属度各为0.3，WET和KE的隶属度各为0.2。判定宽沟煤矿B4-1煤属于Ⅲ类，为具有强冲击倾向性的煤层。

E1148综采工作面开采煤层为B4-1煤层。平均埋深317m、走向长度1703m，E1148（1）倾向长135m，E1148（2）倾向长102m，煤层倾角10-16°，煤层平均厚度为4.2m，采高3m；煤层顶板从下往上：直接顶为粉砂岩，厚度5.7m；煤层B4-2，平均厚2.5m；老顶为粗砂岩，厚度大。底板岩层从上往下：直接底为层状中砂岩，厚度5.2m；老底为粗砂岩，厚度12.99m。

E1148综采面与上覆B4-2煤层层间距平均为9.4m。一采区西翼B4-2煤层已回采了两个工作面，即E114（2）1、E114（2）2。E1148综采面上顺槽以南為实体煤岩层。下顺槽以北为E1146采空区，两面之间留设50m煤柱。如图1所示。

图1 E1148工作面布置图

文章基于宽沟煤矿E1148工作面推至距上部E114（2）2停采线的地质条件，运用微震监测、pasta-m试验所监测出的高应力区域，并针对高应力区域制定出了相关的矿压防治解危措施，减少和消除了工作面的冲击矿压危险性，保障了工作面的安全回采。

2 高应力区域的分布状况

2.1 微震监测结果

（1）微震事件监测分布区域

矿震是由采矿活动引起的，在采掘活动或构造应力的影响下，煤岩体积聚的大量弹性能突然释放，造成工作面或巷道围岩破裂、滑移和突然卸压。在具有坚硬厚层顶板、构造区（断层、褶曲）、覆岩活动剧烈的矿区容易发生大的矿震。开采区域内产生的矿震活动多少和能量的大小，直接显示着工作面的应力集中情况。

如图2所示，2013年10月份高能量微震事件分布平剖面图。微震事件发生在工作面采掘空间周围及超前工作面范围。

高能量事件主要集中在三个区域，区域一：在工作面下部顺槽超前支承压力影响范围，区域二：距离E1142（2）2停采线前方50m至工作面范围，区域三：停采线位置及过停采线150m区域。

为2013年11月份微震事件分布。根据微震监测结果，小能量事件居多，高能事件主要集中在工作面的中部，加强工作面中部的监测。

综上分析，微震监测危险区域为：（1）工作面下部区域。主要为工作面下部超前支承压力影响区域。（2）工作面中部区域。高能事件主要为中部顶板的活动影响。

（a）全部事件平面图

（d）高能量事件剖面图

图3 E1148工作面11月微震事件分布

（2）微震监测危险区域的确定。

根据微震监测结果，划分重点监测和防治区域如下：a.区域I：超前支承压力影响区域。受E114（2）2停采线影响，综合确定微震监测确定超前支承压力影响区域为100m，在该区域覆岩活动频繁，高能量事件频发。b.区域II：工作面工艺巷顶板活动剧烈的区域。在停采线前100m，该区域覆岩活动的层位高，最高达到顶板上方50m，主要集中高度在顶板上方20m。

2.2 PASAT-M探测结果

（1）探测区域分布云图

图4为E114（2）2停采线前后区域波速分布情况，整体波速水平高，波速值分选程度高，主要分布在2.0～5.0m/ms内，平均波速3.0m/ms。

图4 测区波速分布（单位m/ms）

（2）探测危险区域。

根据PASAT-M探测结果，确定E114（2）2停采线危险区域：（1）区域I：869.4～918.4m范围。该区域为强冲击危险区域。（2）区域II：726～820m范围。该区域为中等危险区域。

3 E1148工作面过E114（2）2停采线前后防冲技术

工作面冲击地压的防治方法及手段主要有顶板卸压爆破、煤柱侧向顶板爆破、煤体卸压爆破等技术。

3.1 顶板卸压爆破

根据钻孔资料及在工作面推进过程顶板岩层的窥视结果，工作面坚硬顶板砂岩，厚度在17.5m，而且层间岩层裂隙发育，B42顶板粗砂岩完整性好。针对工作面顶板结构，最终确定顶板处理高度为20m。

3.1.1 巷道超前预裂爆破

超前工作面50m进行顶板超前预裂。上顺槽布置两个超前预裂孔，下顺槽布置两个超前预裂孔，工艺巷布置四个超前预裂孔，根据前期实施情况，该危险区域循环步距10m，炮眼直径75mm。如图5所示。

（a）平面图

（b）剖面图

图5 超前预裂钻孔布置图

3.1.2 煤柱侧向顶板爆破

为降低因北部E1146工作面采空区侧向压力的影响，同时快速的释放50m煤柱内的应力，根据现场的实际情况，在煤柱侧施工顶板爆破孔。

循环步距10m，每循环共布置1个炮孔，钻孔长度30m，垂直巷道走向中心线布置，钻孔和水平面的夹角29°炮孔布置如图4-2所示。

（a）平面图

（b）剖面图

图6 过E114（2）2停采线煤柱超前预裂孔布置方案图

3.2 煤体解危方案

根据PASAT-M探测煤体应力异常区域结果，在应力异常区域进行煤体爆破卸压。

区域I：应力异常区爆破方案。在该区域布置10个煤体爆破孔，间距5m，爆破后进行钻屑检验。当工作面推进至该区域时，在煤壁位置进行该区域爆破。

区域II：应力异常区爆破方案。在该区域布置25个煤体爆破孔，距离联络巷29m施工第一个爆破孔，间距5m，爆破后进行钻屑检验。当工作面推进至该区域时，在煤壁位置进行该区域爆破。

4 结束语

（1）E1148工作面距E114（2）2停采线60m-100m时工作面超前支承影响范围已经与上部的停采线的影响双重叠，该区域微震事件及能量都相对增加，解危需在超前工作面100m-150m进行。

（2）解决宽沟煤矿E1148工作面冲击矿压问题的关键是处理好工作面上方的坚硬顶板，通过煤体卸压爆破和顶板卸压爆破，可快速的释放高应力，减少能量的聚集，以达到减少或消除冲击矿压的目的。

（3）微震事件反映着工作面应力的分布状态即事件及能量较集中的区域为pasat-m试验的危险区域，且以超前支护范围内活动及能量最为频繁。

参考文献

[1]窦林名，何学秋.冲击矿压防治理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2001.

[2]齐庆新，窦林名.冲击地压理论与技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[3]窦林名，赵从国，杨思光，等.煤矿开采冲击地压灾害防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.