大采高综采工作面冲击地压防治技术初探

王斯晨

（国家能源集团宁夏煤业公司羊场湾煤矿，宁夏 宁东750410）

1 羊场湾煤矿冲击地压发生的特点和规律

1.1 冲击地压情况

冲击地压是煤矿开采过程中典型的动力灾害之一，其冲击强度和危险性随着矿井开采深度不断增加而逐渐增强[1]。其发生原因极其复杂，影响因素众多。羊场湾煤矿首次发生明显的冲击现象是在2018年2月11日，13 采区130204 综采工作面，该工作面已推进640m，平均采深560m。冲击地压造成回风巷自工作面向巷口300m 范围底鼓达1.7m。在此面回采过程中，又多次出现冲击地压现象，给工作人员的作业安全带来严重威胁[2]。

2019年4月19日，羊场湾煤矿综采三队回采该煤层下延6 面，即130206 综采工作面，此时该工作面地面标高+1423.88m，上巷标高+860.58m，下巷标高+814.55m。上巷自工作面向巷口方向发生冲击地压，导致巷道自工作面向外300m范围内底鼓1.2m，顶板下沉0.6m，两帮帮鼓严重，巷道剩余高度不足2m；此后回采过程中又发生两次冲击地压，导致巷道帮鼓加剧，顶板下沉量最大达1.2m，底鼓最大达1.8m，巷道高度不足0.8m，宽度不足2m。工作面正常通风受到严重影响。

1.2 冲击地压发生的特点和规律

开采深度分析：13 采区2 煤平均厚8m，平均埋深664m，煤层倾角10～25°，随着采深增加，13 采区03、04、05、06 工作面都发生了冲击地压，冲击强度逐渐增加。

煤岩性质分析：2 煤为条带状结构，层状构造，伪顶岩性为炭质泥岩，直接顶岩性为粉砂岩、细砂岩，老顶为粗砂岩、粉砂岩，直接底为粉砂质泥岩、细砂岩，裂隙较发育。2 煤的煤质较硬，单轴抗压强度19.2MPa，弹性模量1.76GPa；老顶（粗砂岩）单轴抗压强度24.45MPa，弹性模量4.09GPa；直接顶（粉砂岩）单轴抗压强度66.5MPa。

2 支承压力分布规律

长壁工作面正常开采前后方的应力分布如图1所示，煤壁前方一定距离处支承压力达到峰值，向煤层深处支承压力逐渐趋于原岩应力，煤壁后方采空区应力逐渐增大至原岩应力。煤壁前方支承压力最大值σmax与原岩应力σ0比值k为应力集中系数，反映超前支承压力集中程度。

图1 长壁面回采支承压力分布情况

羊场湾煤矿13 采区二煤工作面超前支承压力分布情况与宁东矿区回采二煤煤矿的分布情况类似。130206工作面在距开切眼310m、312m、316m 观测断面安装柔性探测单元，用于监测工作面前方支承压力变化与工作面推进距离关系（如图2，3，4）。

图2 310m 位置柔性探测单元受力曲线图

图3 312m 位置柔性探测单元受力曲线图

图4 316m 位置柔性探测单元受力曲线图

距工作面60～80m，支承压力开始逐渐增大，直至到达峰值后降低，工作面支承压力曲线呈不规则抛物线形状，峰值左侧煤体处于弹性压缩状态，峰值右侧煤体处于塑性压缩状态，应力集中系数K为2.5～3。塑性区域煤体已压酥破坏，矿山压力显现较大。工程现场中该区域巷道变形较剧烈，与支承压力分布特征相互吻合。

支承压力影响范围在60～80m，其中，塑性区范围在20～30m，塑性区煤体已压酥破坏，为工作面煤体的冲击弹射充当保护带，发生冲击破坏的可能性很小，工程现场中，工作面煤体一直未发生冲击弹射，符合推断结果。

工作面前方30～60m 内煤体处于弹性应力状态，煤体内存在较大压缩弹性能，对底板有较大压缩作用，有可能会导致底板岩体屈曲破坏，工程现场中该区域震动频率高、巷道顶底板破坏程度严重。

3 冲击地压综合治理措施

13 采区二煤中几个工作面冲击地压的特点说明该矿冲击地压属煤体压缩冲击型，综合治理措施如下。

①强化超前支护：工作面超前支护分为三部分：第一部分为工作面前方60m 范围，采用3.5mπ 型钢梁和3.8m 悬浮式单体支柱形成的“一梁四柱”长钢棚与2.5mπ 型钢梁和3.8m悬浮式单体支柱形成的“一梁二柱”短钢棚联合支护，长钢棚与短钢棚排距为0.5m；第二部分为工作面前方60～80m，采用3.5mπ 型钢梁和3.8m 悬浮式单体支柱形成的“一梁三柱”钢棚支护；第三部分为工作面前方80～100m，采用3.5mπ 型钢梁和3.8m 悬浮式单体支柱形成的“一梁二柱”钢棚支护。在超前支护范围内的所有单体支柱都需要穿铁柱鞋，防止支柱钻底，保证支柱支撑有力。

②修复损坏巷道：超前内风巷下帮铺设一部40T 刮板输送机，使用一台巷道修复机和铺设的刮板输送机配合对巷道底鼓范围对地坪进行破除和起底，以保证巷道断面符合回风要求。

③对风巷顶板进行预裂爆破卸压：自切眼向外300m 至措施巷范围实施顶板预裂爆破。预裂爆破分别针对工作面顶板及相邻采空区悬露顶板。工作面侧顶板预裂爆破：每隔20m 布置一钻场，每个钻场施工3个孔，孔径79mm，孔深25m，孔口距巷帮1m，爆破后及时对钻孔孔口进行封堵。三个钻孔垂直于巷道走向，仰角分别为40°、55°、75°。各孔装药均为24kg（净重），封孔长度均不小于10m。三个孔采取一次装药、一次起爆方式进行爆破。煤柱侧悬露顶板预裂爆破：每隔10m 布置1个孔，孔径为79mm，孔深为25m，孔口距巷帮1m，爆破后及时对钻孔孔口进行封堵。钻孔垂直于巷道走向，仰角为75°。每钻孔装药为24kg（净重），封孔长度不小于7m。采取一次装药、一次起爆方式进行爆破。工作面回采期间，顶板预裂爆破超前煤壁300m 进行。

④对风巷煤帮施工大直径钻孔卸压：在工作面巷道两帮布置钻孔，钻孔直径133mm，孔间距2m（每两排锚杆间施工一个孔），孔深20m，距巷道底板1.5m。钻孔垂直煤壁，平行于煤层方向。

⑤进行矿山压力观测，以便及时了解矿压变化情况。同时，通过运用钻屑法评估巷道冲击危险性。

4 结论

羊场湾煤矿13 采区二煤的冲击地压大都发生在上巷超前支承压力集中区，属于煤体压缩冲击类型。通过应用加强支护、巷道修复、顶板预裂爆破、帮部大直径钻孔卸压等方式，杜绝了冲击地压的发生，实现了安全生产。