深部复杂条件沿空掘巷防冲技术研究

刘超++杨涛

摘 要：随着煤炭资源的不断回收，开采深度日益增加，特别是孤岛工作面的形成，冲击地压已成为威胁矿井安全的主要灾害之一。而面对突发性较强的冲击灾害，除了采取必要的卸压解危措施外，还要依靠先进的科技手段，超前预防，科学分析，有针对性的进行卸压解危处理，及时消除冲击危险，有效指导生产。

关键词：防冲技术；掘进；微震

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.048

1 工作面概况

朝阳煤矿主采3下煤层，经鉴定3下煤层具有冲击倾向性。3108工作面位于朝阳煤矿三一采区中部，东邻3107采空区，西邻3108（西）采空区，工作面标高为-740m～-720m。3108工作面煤岩层总体形态为一宽缓向斜，轴向NE，向SW倾伏，倾角7°～14°，断层附近倾角变化较大，局部有起伏。3108材料道沿3108（西）工作面采空区掘进，中间留设3.5米煤柱。巷道开门点位于F2、F3断层交汇处，从开门点掘进135米到3108（西）工作面停采线位置。

3108材料道掘进期间利用SOS微震监测系统收集现场震动，并进行震源的定位和能量计算、统计等工作，当监测到大能量事件时结合现场动压显现情况进一步分析，判断震动的机制和冲击危险程度；利用KJ551煤体应力在线监测系统对整个巷道煤体应力情况实时监测，当应力值升高出现预警，及时在异常区域采取卸压解危措施；利用钻屑法进一步验证监测和卸压解危效果，经检测无危险时方可恢复采掘活动。

2 监测规律分析及防冲措施

3108材料道自掘进以来，产生的微震事件（图1），根据微震事件形成分布规律分阶段进行分析。

（1）岩巷段掘进微震活动很少，进入煤巷段施工卸压孔伴有小煤炮、煤粉由粉末状，并且随着掘进深入逐渐变为小颗粒状。微震监测定位事件发现主要集中在F2、F3断层处、巷道实体煤侧和3108（西）工作面实体煤柱中，其事件影响范围至超前20米。巷道掘进至70米时现场卸压出现卡钻、吸钻、煤粉量增多、塌孔等动压显现，此时事件影响范围到达超前30米，微震活动呈现一个整体快速上升过程。

此阶段的微震事件分布与现场采掘活动密切相关，与卸压过程所表现的动压显现信息相对应。由于F3断层切割作用的形成大致三角形状孤岛煤柱，以至留设的煤柱宽度变化较大，煤柱本身的原岩应力很高，应力集中程度很大。受采掘活动影响和卸压影响，煤岩系统所储存的弹性能释放，释放所储存的弹性能而达到卸压状态，能量以震动波形式对外传播，形成此阶段微震事件分布。

针对现场所表现的动压显现信息和监测情况，采取一些针对性的卸压解危措施，一是降低巷道掘进进度，缓解应力集中程度。侧重力量保证迎头区段超前、帮部卸压、帮部爆破卸压等施工质量。二是在内帮紧跟扒装机向外依次施工重复卸压孔，先以3米的卸压间距将卸压孔施工，然后在前期间距3米重复卸压孔中间补打一组，孔深均为20米。三是在后路增加順巷单体护顶措施，要求单体支设间距5米。

（2）随着掘进深入，现场卸压出现大煤炮次数增多，吸钻、卡钻现象也开始增多。微震活动保持在较高水平，事件影响范围也扩散至超前60米处。随着掘进接近向斜轴，微震活动稍微降低，卸压时也表现为细小颗粒或粉末状。在此区域掘进也仍需加强顶板管理，随着掘进，应力会进一步积聚。

分析原因，随着掘进巷道越来越接近3108（西）停采线， 此采空区的超前支承压力、侧向支承压力和3108材料道侧向支承压力叠加，形成了较高的应力集中。而且随着接近向斜轴，构造应力也在进一步增加。

而针对应力集中，应持续加大卸压力度。除采取常规卸压措施外，对此受停采煤柱影响的应力集中区段，每间隔5m进行一组帮部煤体松动爆破，要求爆破钻孔滞后迎头距离5-10米。施工卸压孔和帮部爆破卸压后，经取煤粉检验煤粉量保持在了一个相对稳定的较低水平。

（3）掘进至向斜另一翼时，现场的动压显现又开始明显，此处也是冲击地压的易发区。微震事件影响范围变得更广，已遍布整个工作面到达皮带巷。经过这一阶段的能量释放，掘进过轴部110米后，微震活动开始减少，而且较分散，微震活动趋于平稳。

掘进过向斜轴54米处，应力在线监测系统11#应力计（位于向斜轴部处）升高，出现了一次预警。此时。此次预警也证明了向斜轴处的应力集中程度较高，出现预警后在通过在预警区域再次卸压处理，应力值恢复到正常水平。

此阶段巷道沿3108（西）工作面采空区掘进，受采空区侧向支承压力和小煤柱上方悬露岩层影响。虽然小煤柱易于进入塑性状态，但由于实体煤侧应力集中水平高和煤柱上方岩层的不稳定，掘进期间该区域也是冲击高危区域，仍需加强卸压措施。

一般而言，皮带巷和材料巷要在切眼附近位置贯通，由于两掘进头超前支承压力的叠加，贯通处通常是冲击矿压高危险区域。综合考虑皮带巷和材料巷的条件和冲击危险状况，将两巷道贯通位置选择在材料道。两巷贯通前，超前施工大直径钻孔卸压，首先利用卸压钻孔贯通，为两巷道贯通做准备，钻孔深度累计大于40m。

3 结论

（1）微震活动主要集中在煤巷区域，受人为采掘活动的影响比较大，在停产检修时期，微震频度和能量明显减少，说明矿震与矿井的生产活动密切相关。

（2）微震活动影响范围从采掘迎头前20米多则至60米，受此影响需及时采取迎头超前卸压措施。

（3）微震活动密集区域多发生在地质构造及周围不规则煤柱区域，受采动影响，特殊区域发生冲击地压的可能性较高，需采取有效措施防止冲击事故发生。

（4）在向斜两翼时微震活动较频繁，需采取有效卸压措施降低冲击危险程度，进入轴部时反而微震活动不是相对强烈。

（5）掘进期间微震监测数据总结分析，能摸清应力分布规律，为下一步工作面回采提供参考数据，对于指导生产具有重要的意义。

作者简介：刘超（1987-），男，山东枣庄人，助理工程师，技术员。