风险预控在门克庆煤矿冲击地压防治中的实践应用

钟凯 王刚

摘要：文章以门克庆煤矿3102综采工作面2018年4月8日所发生的“4.8”冲击地压事件为案例，以该矿井冲击地压风险预控为研究对象，对其冲击地压灾后恢复工作和灾害防治进行了大量的实践研究，通过优化采掘布局、加强巷道支护、超前卸压解危、强化预测预报、合理组织生产、严格人员准入等有效措施，最终形成了一套较为完整的冲击地压灾后恢复和灾害防治的处理方案，有力地促进了该矿井安全生产的稳定发展，对类似矿井冲击地压风险预控和安全生产有一定的借鉴作用。

关键词：冲击地压;灾害防治;风险预控;安全生产

中图分类号：TQ171.6⁺11;TD324 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）10-0038-05

冲击地压是煤矿井巷或工作面周围煤岩体由于弹性变形能瞬间释放而产生剧烈破坏的动力现象，其具有突发性、复杂性、多样性，会造成巷道和工作面摧毁，造成煤矿直接经济损失，甚至会引发人员伤亡事故。近年来冲击地压一直未能得到彻底解决，已成为严重威胁矿井安全生产的重大自然灾害之一。

2018年4月8日，门克庆煤矿3102综采工作面（以下简称3102面）回风巷发生冲击地压显现，回风巷局部巷道闭塞，工作面被迫停产近10个月。最后不得以开掘回风顺槽，缩短工作面斜长，重新构建生产系统来恢复生产。

因此通过优化矿井采掘布局、加强巷道支护、超前卸压解危、强化预测预报、合理组织生产、严格人员准人等有效措施，来避免冲击地压的发生或减小事故发生的损失就显得尤为重要。

1矿井工作面及“4.8”冲击事件概况

1.1矿井工作面概况

門克庆煤矿可采煤层9层，煤层平均厚为20.9m，采用立井多水平开拓方式、长壁一次采全高综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板。矿井首采煤层为3-1煤层，经鉴定其具有强冲击倾向性，顶底板具有弱冲击倾向性，2016年10月南翼3101首采工作面投产。

2018年4月8日发生冲击地压显现为3102面，该工作面为11盘区第二回采工作面，紧邻3101面东侧，埋深677～707m，煤层倾角为1～4°，平均采高4.7m。事故发生前，累计回采932m，剩余4607m。事故发生时，3102面滞后3101面3006m，两工作面相对位置如下图1所示。

1.2“4.8”冲击事件概况

2017年9月9日早至2018年4月8日午，累计共发生23次冲击显现事件，3102面不同程度地出现了帮鼓、顶板下沉、单体折损、煤块突出、底鼓等现象。其中5次强矿震事件，地表有轻微震感。

2018年4月8日12时59分51秒，3102面回风巷附近发生强矿压显现，震源位于3102面机尾前约150m，震源标高675m（煤层顶板上方约71m），能量为3.3x107J。当时正在工作面检修的人员感受到一次巨大煤炮声，位于3102面回风巷超前工作面300m位置的支护工人感受到两次闷响煤炮声，两次连续气流冲出、风量较大、风流持续时间较长，部分人员看到超前支护锚索外露端有明显火光。矿震发生后3102面回风巷风量明显减小，经实测风量由2049m³/min减少为419m³/min，当日夜班监测为237m³/min。

矿压显现发生后，立即组织工作面人员撤离至辅运巷并撤出回风巷所有作业人员，未造成人员伤亡。矿压稳定后勘察现场，发现3102面机尾回风巷口变形严重、出口堵塞，机尾4台端头支架前大量煤体堆积，机尾底板鼓起约1.5m;3102面回风巷超前工作面90m区段单体受损、木垛摧垮、支护破坏、煤体抛出、巷道堵塞。冲击显现影响区域如图2所示。

2冲击地压应急处置措施

2.1工作面应急通风措施

事件发生后，工作面及回风巷风量骤减，不具备人员作业条件，采取在工作面及回风巷安装局部通风机的方法应急供风。

1）3102面：在3102主辅15#联巷安装1台FBD-N07.1/2x37kW局部通风机，并接qb800mm风筒延伸至工作面机尾，确保机尾恢复供风。

2）3102回风巷：在3101主辅LZ2联巷外安装1台FBD-N08.0/2x75kW局部通风机，并接qb800mm风筒延伸至工作面超前支护段最外端（超前机尾300m），确保回风巷应急人员能够进入作业。

2.2导硐法恢复工作面通风系统

为了能够迅速恢复工作面正常通风系统，从回风巷生产帮肩窝处施工高×宽=1.5mX1.5m导硐约25m后，恢复了工作面全风压通风系统，工作面风量稳定在800m3/h左右，具备了基础作业条件。

3冲击地压灾后恢复治理措施

事件发生后，公司邀请国内知名防冲专家对致灾原因进行深入分析：就现场恢复，冲击地压防治对策及下一步开采方案的调整进行了充分研讨，为矿井制定技术方案提供了参考和依据。

3.1冲击地压显现原因分析

根据微震系统监测信息统计分析，自18年3月3日107J事件后，3102面区域共发生105J以上微震事件7次，其中6次事件层位集中在顶板43～97m位置（对应岩层约60m厚粗粒砂岩、中粒砂岩）。初步判断大能量微震事件是由上覆中高位关键层的大范围破裂引起，矿井南翼区域顶板地层中存在的坚硬储能关键层对于强矿震事件的发生起到关键影响作用，目前的冲击地压防治措施难以对该层位巨厚岩层进行处理;同时根据地表沉降观测，3101面与3102面采空区联合作用，地面沉降处于初期阶段，上覆岩层处于移动活跃期，现有35m煤柱支承作用难以与覆岩运动达到平衡状态。

3.2灾后恢复治理措施

通过对留设不同宽度煤柱的应力模拟计算，制定了将回风巷侧煤柱由35m增加至120m新开掘回风巷，在合适位置撤出80m综采设备，工作面斜长缩短55 214.6m后恢复工作面的生产方案。方案施工为：

1）从3102面主运巷14#联巷、11#联巷分别开口施工1#、2#两条腰巷构建掘进生产系统;

2）腰巷施工到位后，分别向南、北掘进2#回风巷;

3）2#回风巷向南掘进的巷道与工作面贯通后，将工作面推采至合适位置开始上树脂纤维网护顶，再推采13m完成上网后停止推采;

4）使用综掘工艺扩刷机尾90m范围回撤通道，回撤通道扩刷断面为高×宽=4.2mX4.8m;

5）回撤机尾段设备并安装回风巷100m超前支架，工作面具备了复产条件。3102面方案调整如下图3所示。

4重大风险预控及效果

3102面回风巷“4.8”冲击地压发生时，给工作面机尾段及回风巷近百米巷道造成了巨大破坏，所幸管控到位确保了人员、设备和系统的安全;在冲击地压危险区域重新开掘巷道和进行支架回撤时，通过超前卸压解危、加强个体防护和现场管理，保障了施工作业的安全;也因防灭火措施落实得当采空区未发生火灾。

4.1“4.8”事件发生前冲击地压风险预控

3101面回采及3102面回采初期，矿压显现不明显，作业人员对冲击地压认识不足，重视度不够。3102面推采至160m位置时，矿压显现逐渐明显，到“一次见方”区域以后，冲击地压现象愈发明显，帮鼓、底鼓、顶板下沉、单体损坏等现象频发，应引起各级管理人员的重视;应认真借鉴冲击地压灾害严重的华丰矿、千秋矿及周边矿井的防治和管控经验，并积极开展冲击风险评价;应采取有针对性的防控措施来降低冲击地压风险可能带来的损失。

1）应采用多种手段，实施源头治理。①应采取施工超前煤体大直径卸压钻孔来释放煤体应力，降低冲击危险程度;②应对两巷顶板采取爆破切顶卸压、退锚等措施来切断悬顶或者破坏悬顶的完整性，以减小悬顶对工作面的压力影响;③应使用微震和应力在线监测系统，做好预测预报来提高冲击地压监测的可靠性;

2）应通过补强支护，提高危险区域的抗冲击能力。应对3102面回风巷顶板和两帮进行2、3次补强支护，顶板选用～21.8mm锚索配合n型钢带进行支护;帮部应在原有锚杆支护的前提下增加锚杆密度并补打锚索;

3）应合理组织劳动，强化现场管理。①应合理控制开采强度，当工作面冲击危险性增强时，应降低工作面开采强度，加强工作面支架支护質量，确保高度冲击危险区段工作面推进度不大于6刀/d，岩层活动剧烈时段工作面推进度不大于3刀/d;②工作面生产过程中应要求匀速推进，保证每刀割煤时长均衡;保持头尾等距推进，不出现连续甩机头或机尾现象，保证工作面呈一条直线;危险区段必须保证顶、底板顺平，严禁留有台阶，单向割煤减少机尾顶板连续扰动次数;③应执行危险区域物料设施固定管理，高危区域不得存放备用材料和设备，所有刚性材料应严格按照标准进行防冲固定;

4）应倡导“无人则安”理念，实行危险区域限员准人管理。根据风险评估结果，3102面140#支架至工作面机尾区段及回风巷超前300m区域为冲击危险区域，因此应将这一区域作为重点管控区域，严格限员准入管理。①应将原设计的100m超前支护长度延伸至不少于300m，并将此300m区段按“无人区”管理，从而避免超前支护作业人员在危险区域停留、作业;②回收工作面超前支护单体时应采取远距离操作方式进行，人员不再进人回风巷口回收单体;③应在工作面140#支架及回风巷超前1000m两个位置设置警戒，严控人员进入危险区域;四是应强化生产期间工作面的人员管控，煤机割煤期间，140#支架至机尾段只允许进入两人，回风巷超前1000m范围内严禁有人。所幸严格执行了限员准人制度，虽然发生了“4.8”冲击显现，但没有造成人员伤亡。

4.2回撤通道掘进风险预控

3102面回撤通道掘进期间，由于受到3101面侧向支撑力、3102面超前应力、上覆顶板运动、地质构造、煤层合并线等因素影响。经辨识3102面回撤通道存在两个潜在冲击地压危险区域，第一危险区域为回撤通道掘进初掘50m范围，属弱冲击危险区域;第二危险区域为回撤通道与原回风巷贯通30m段，属中等冲击危险区域，如下图4所示。鉴于回撤通道掘进存在的冲击地压风险，应专门制定工作面回撤通道掘进期间的防冲专项设计，并严格抓好落实，从而保障了安全：①应严格落实区域和局部各项监测预警措施，提前对机尾段80m范围进行煤体大直径钻孔卸压，确保掘进区域处于低应力水平;②应安设顶板离层仪对顶板离层情况进行观测、分析，作为补充性监测数据，并根据顶板离层情况及时调整支护参数，加强锚杆（索）的锚固力检测，确保顶板支护有效;③应严格落实防冲服、闪光定位灯等个体防护用品，严格落实限员准人管理制度，并在两条腰巷、原回风巷及新回风巷两条联巷设置警戒，严禁无关人员进人;④应严格生产管理，掘进迎头影响半径150m范围内不得同时进行其它采掘（巷修）活动，避免应力叠加导致冲击地压的发生。

4.3冲击地压危险区域支架回撤风险预控

综采工作面支架回撤是一项风险较高的工作，在有冲击地压危险的区域回撤支架，属于风险叠加。在进行3102面支架回撤前，风险辨识和评估认为预防冲击地压和机尾支架回撤时漏顶是安全管理的重点。在采用车辆快速回撤工艺的同时，为防风险、避免设备损失和人员伤亡，特需采取以下措施：①应加强铺网上绳的质量管理，每台支架位置施工应压网锚索，保证柔性金属网与回撤通道网片的搭接质量，特别是抓好端头支架位置的进网质量，尽可能与巷帮生根;②应提前对机尾原回风巷受冲击区域的顶板、巷帮注人高分子材料，有效将破碎的顶、帮凝结为整体，同时在机尾端头支架顶梁上架设工字钢，有助于机尾端头支架的顺利撤出;③应在支架回撤区域超前卸压解危，对危险区域进行钻孔卸压和顶板预裂爆破，弱化机尾35m煤柱区域集聚的应力;④应优化支架回撤开口工艺，首先将第一台掩护支架在原回风巷口贴帮放稳，在便于待撤支架调向的同时，有效对易冲击区域进行防护;⑤应在支架回撤过程中，采取顺序逐架回撤的方式来有效控制三角区的面积，确保不发生漏顶现象;⑥应对2#回风巷与工作面交叉的三岔口区域的顶板提前进行加强支护，确保支架回撤收口期间的安全;⑦应严格落实各项防冲措施，重点加强矿压观测预警，做好人员准人管理和个体防护措施的落实m。

4.4采空区自然发火风险预控

根据多家科研院所出具的门克庆煤矿3-1煤层鉴定报告：3-1煤层属易燃煤层，最短自燃发火期为49天，其标志性气体为一氧化碳和乙烯。“4.8”事件后，工作面被迫长期停产，采空区自然发火危险性也随之增加，煤矿采取了详尽的控制标准和措施，在常规防灭火措施的基础上对采空区再次加强封闭，有效控制了采空区自然发火的风险：①利用快垒材料及时在工作面进、回风隅角构筑隔离墙并对支架间进行喷涂，保证了进、回风隅角和架后的封闭效果;②向工作面架后压注防灭火材料10h，减少架后向采空区漏风;③架间埋设22根带保护套管的束管，同时铺设3芯束管5500余米，每天对采空区内气体取样、化验、分析，并及时做出变化趋势图。累计对采空区、密闭等地点取样分析4300余次，根据气体变化情况及时采取合理、有效的防灭火措施;④通过3102辅运顺槽向16#和17#联巷密闭墙内累计注浆42000m³，及时封堵了采空区的漏风通道;⑤对工作面裸露煤体及时喷洒阻化剂，共喷洒阻化剂30余吨，有效延缓了煤体氧化。对长时间堆积而又无法清理的浮煤及时注入保湿材料;⑥为保证工作面回风隅角风量满足要求、风压达到平衡，在工作面安装2×22kW、2×18.5kW局部通风机及引风机向机尾供风;⑦3102面回撤通道掘进前在3102面2#回风巷内构筑通风设施6组并随时调整通风系统，保证掘进期间通风系统稳定。

5结语

门克庆煤矿通过采取一系列的有效措施，没有因“4.8”冲击地压及造成人员伤害和设备损坏，为矿井安全生产积累了丰富的风险管控经验。冲击地压防治仍然是制约该矿井安全生产的关键因素，应严格做到以下几点，①要着重源头控制。重视煤层和工作面采掘顺序、巷道布置、支护及煤柱留设;②要进一步做好超前卸压，强化监测预警，合理劳动组织，加强生产管控;③采掘作业等设计应避免应力集中，防止不合理开采导致冲击地压发生;④要进一步分析高位顶板活动状态，掌握其弯曲破断规律并探寻有效的处理措施。才能从根本上实现对冲击地压风险的有效管控。