近距煤层过上覆煤柱巷道强矿压研究与治理

贾方伟

1 概述

山西某矿井东三盘区14-3#层8503 工作煤层之上8 m～14 m 为14-2#层采空区，因受上覆14-2#层8502、8504采空区隔离煤柱与11-2#层8520、8522采空区隔离煤柱叠加应力影响，5503 巷应力较集中，有发生矿压集中显现的危险。

在8503工作面搬家稳装期间，5503巷受煤柱叠加应力影响共断裂锚杆10根，锚索6根。当工作面回采至130 m 时，工作面59#～92#架对应工作面煤壁压力大，片帮较严重，且5503 巷超前支护段60 m 范围发生底鼓，底鼓量最大为0.6 m。

为保证8503工作面的安全回采，本文对近距煤层过上覆煤柱巷道强矿压危险程度进行了分析和评价，并提出了针对性的治理措施，降低了应力集中程度，保证了矿井安全生产。

2 8503工作面强矿压危险程度分析与评价

2.1 综合指数法分析

采用综合指数法对8503 面进行强矿压的早期分析预测，从而为采取合理的强矿压治理方法提供依据。

（1）8503面影响强矿压危险状态的地质因素及指数Wt1见表1。

8503 工作面周围地质条件对强矿压危险状态的影响程度及强矿压危险状态等级评定的指数为：

表1 地质条件影响强矿压危险状态的因素及危险指数

（2）8503面影响强矿压危险状态的开采技术因素及指数Wt2

表2 开采技术条件影响强矿压危险状态的因素及指数

8503 工作面周围开采技术条件对强矿压危险状态的影响程度及强矿压危险状态等级评定的指数为：

（3）8503 面强矿压危险状态等级评定综合指数Wt：

以此可圈定强矿压危险程度。

（4）强矿压危险程度的评定

当强矿压危险状态等级评定综合指数Wt=0.3～0.5时，采掘工作面危险状态等级为弱。8503面强矿压综合指数Wt=0.3，因此评定该面危险状态等级为弱。

2.2 电磁辐射法分析

电磁辐射可用来预测煤岩灾害动力现象，其主要参数是电磁辐射强度和脉冲数。电磁辐射强度主要反映了煤岩体的受载程度及变形破裂强度，脉冲数主要反映了煤岩体变形和微破裂的频次。本矿井主要采用临界值法，即强度临界值取值为100 mv，脉冲临界值取值为9 000 Hz。

经观测，8503 面电磁辐射数据较大，表明巷道应力较集中（见图1）。

图1 电磁辐射监测数据

3 治理措施

通过综合指数分析法预测8503 面强矿压危险状态等级为弱，且5503 巷应力较为集中，为确保工作面的安全回采，矿井采用卸压方式进行强矿压的治理[1]。

3.1 钻孔卸压

做为释放煤、岩体中的弹性能量，改变其释放形式，煤体卸压钻孔是一种十分有效的措施。卸压钻孔形成后，提供了煤、岩体变形的补偿空间，有效地提前缓慢释放了煤、岩体中的能量。因此矿井设计并施工了8503工作面卸压钻孔。

设计参数：在5503 巷工作面帮距底板0.4 m 处施工一排直径108 mm、深度15 000 mm 的卸压孔；邻空帮距底板0.4 m 处施工一排直径108 mm、深度8 000 mm的卸压孔,孔间距均为1 m，邻空帮卸压孔施工后用黄土封孔1 m。

图2 卸压孔设计参数

3.2 底板卸压爆破

通过在5503 巷施工底板卸压爆破孔进行爆破松动，以增加巷道底板的可变形空间，释放底板中蓄积的弹性能，降低应力集中程度强度，减小巷道底鼓量[2]。

设计参数：5503 巷距工作面帮0.4 m，垂直底板施工一排直径42 mm、深度1 200 mm 的炮孔，孔间距1 m，每孔装两卷三级煤矿许用膏状乳化炸药。

图3 底板卸压爆破孔设计参数

4 治理效果

为降低14-3#层东三盘区8503面应力集中程度，分别在5503巷施工卸压孔与底板卸压爆破孔，下图为实施钻孔卸压、底板卸压爆破后电磁辐射监测数据。

图4 施工后电磁辐射监测数据

从电磁辐射监测数据分析卸压孔及底板卸压爆破孔施工后，监测数据强度值及脉冲数明显降低，缓解了5503 巷应力集中程度。现场观察当工作面推进至卸压孔施工区域时，5503巷超前支护20 m范围卸压孔全部塌孔，卸压效果明显，且实施底板卸压爆破后，巷道未发生底鼓。

图5 卸压孔塌孔图

5 结论

通过在近距煤层过上覆煤柱巷道实施卸压解危措施，有效降低了巷道应力集中程度，避免了过上覆煤柱巷道强矿压的发生，解决了8503工作面应力集中的难题，实现了近距煤层过上覆煤柱工作面的安全回采,有效提升了矿山安全技术水平。

随着矿山开采强度的增加，强矿压危害将日趋严重，近距煤层过上覆煤柱巷道强矿压治理为降低巷道应力集中程度，提供了一种可行有效的治理方法，有着广泛的应用前景。