高庄煤矿3上1106 回采工作面冲击地压综合防治

崔高强 王 宇 杜文虎

（山东能源枣矿集团高庄煤业有限公司，山东 济宁 277600）

1 工程概况

山东能源枣矿集团高庄煤业公司3上1106 回采工作面为不规则布置，东部为西十一采区四条下山，西部为高庄矿与徐庄矿井田边界煤柱，南部为3上1104工作面采空区，北部为尚未开采的3上1110 工作面。煤岩层产状稳定，煤岩层倾角最小7°，最大23°，平均16°左右。煤层厚度最小4.8 m，最大6.0 m，平均5.4 m，局部有一层夹矸，厚度0.3～1.0 m。煤质为气煤。

2 冲击危险性分析

2.1 3上1106 回采工作面冲击危险性评价

根据《3上1106回采工作面冲击危险性评价报告》结论：3上1106 回采工作面具有中等冲击危险性。该工作面共划分冲击危险区域14 个，其中弱冲击危险区4 个，中等冲击危险区10 个，强冲击危险区0 个。

2.2 诱发因素

（1）上覆岩层中存在特厚坚硬岩层。上覆砾岩平均厚度达到165 m 左右，距离3上煤层的平均高度大约230 m，砾岩底部距离地表约440 m。厚坚硬岩层易形成悬顶，聚积大量弹性能，进而突然释放大量弹性能导致工作面大面积来压，甚至诱发冲击灾害。

（2）采深较大。3上1106 回采工作面平均采深约535 m，同时，受到采空区的影响，应力集中程度较大，且分布不均。就开采深度而言，3上1106回采工作面开采深度超过500 m，已经超过了冲击地压发生的临界深度条件。

（3）存在采空区。3上1106 材料巷紧邻3上1104 采空区，该采空区高位岩层悬露部分的部分重量将转移至3上1106 回采工作面煤体上，将造成3上1106 回采工作面回采冲击危险性显著增大。

（4）断层。3上1106 回采工作面地质构造较简单，预计揭露2 条断层。其中FN1 断层落差5～16 m，平行于工作面材料巷分布，距巷道距离较近，材料巷部分位置穿过断层，此断层对工作面影响较大；F73 为已揭露断层，位于3上1106 回采工作面运输巷开口处，落差0～3 m，对工作面安全回采影响较小。

（5）采掘相互影响。西十一采区3上1106 回采工作面回采和1110 工作面掘进可能存在相互影响，如果工作面回采与掘进空间距离小于350 m，回采和掘进彼此产生很大影响，此时矿压显现，导致冲击地压发生几率急剧增加。

（6）工作面形状不规则。3上1106 回采工作面材料巷侧，受断层等构造影响，材料巷沿断层走向布置，工作面形状不规则，在平面图的尖角区域容易形成应力集中，冲击地压危险性增加。

3 冲击地压危险监测预警

3.1 矿压观测

通过顶板离层监测系统、巷道围岩变形量等常规矿压观测，分析顶板运动规律，进行冲击危险预测预报。

（1）按照规定，煤巷、半煤岩巷每50 m 设置一处顶板离层仪，当顶板离层数据超过60 mm，要及时采取补强支护措施。

（2）每100 m 设置一处围岩变形观测站，在断层构造等特殊区域增设观测站，对巷道变形情况进行日常观测记录。当巷道围岩变形达到500 mm，必须采取补强支护措施。

3.2 应力在线监测

回采前在该工作面两顺槽安设KJ21 应力在线监测系统，诊断和预报发生冲击地压应力变化情况，以便及时确定危险程度。

（1）安装方案。根据3上1106 回采工作面的布置特点及构造特征，压力传感器在两顺槽回采工作面侧单面内布置。自工作面前方30 m 开始安装，每25～30 m 一组，随采随移，并视危险程度的增加或减小进行微调。每组两个，埋设深度分别为7 m、14 m，每组两个测点间距1.5～2 m。

（2）钻孔施工参数。钻孔直径：42～45 mm；钻孔深度：浅孔7 m，深孔14 m；钻孔倾角平行于煤层；钻孔高度：底板上1～1.5 m。

（3）预警指标。如表1 所示。

当应力在线监测系统一组出现黄色危险预警时，应按照中度危险区进行管理；当多组出现黄色危险预警时，必须停产，卸压并检验合格后，方可继续生产。

当应力在线监测系统一组出现红色危险预警时，必须检验和卸压；当多组出现红色危险预警时，必须停产，卸压并检验合格后，方可继续生产。

表1 应力在线监测预警指标

3.3 微震监测与预报

根据高煤公司现有装备，该工作面将安设SOS微震系统一套，实现冲击地压或矿震的区域性预警。

（1）监测布点方案：3上1106 回采工作面运输巷布置2 个监测探头，材料巷布置3 个监测探头（测点均为底板监测点），空间相邻测点距离为350～500 m（可根据实际情况调整），材料巷第一个测点均布置在距开切眼450 m 处。

（2）预警指标：如表2 所示。

表2 微震监测预警指标

微震监测系统冲击危险预警准则：要做到监测预警及时、分析科学准确，根据综合分析结论和现场监测的实际情况，采取相应措施：

① 在采煤工作面中发生能量达到一般冲击危险性以上指标时，要及时根据预警，适当降低推采速度。

② 在采煤工作面中发生能量达到中等冲击危险性指标时，要根据预警立即进行钻屑法验证，确认超标时应及时采取限采措施，待卸压解危后再组织生产。

3.4 钻屑法监测及预报

钻屑检验法主要目的是通过不同孔深的钻屑量来反映工作面回采过程中侧向应力影响的范围和集中程度。结合高庄煤矿生产经验，回采期间孔深为15 m，实际操作中可根据现场危险程度适当调整。3.4.1 检验孔施工参数

检验孔施工参数：（1）钻孔直径：42～45 mm；（2）钻孔深度：15 m；（3）钻孔倾角：平行煤层；（4）检验孔高度：距离底板1.0～1.2 m。

3.4.2 冲击危险指标

冲击危险指标：钻深1～7 m的煤粉量是2.4 kg/m，钻深8～15 m 的煤粉量是4.0 kg/m，或者在钻进过程中出现卡钻、吸钻、异响、煤炮增多等动力现象，则可判定所测地点存在冲击危险。

如果检验煤粉量超过冲击危险指标，或出现卡钻、吸钻、异响等动力现象，应认为煤体处于临界危险状态，必须立即向调度室汇报，停止施工，撤出人员，采取大直径钻孔卸压解危。

4 卸压解危措施

4.1 卸压解危处理程序

当一种监测手段监测出有冲击危险时，采用钻屑法进行检验，如煤粉监测值超过预警值，工作面立即停止生产，撤出所有人员，及时实施卸压解危。用大直径钻孔卸压解危后，及时利用煤粉监测方法对卸压效果进行检验，检验指标符合要求后，冲击危险消除后，方可进行生产。

4.2 卸压解危方案

4.2.1 静态区域卸压解危

在工作面回采前，要对冲击危险性评价报告中的静态危险区域根据危险程度，组织先期预卸压。预卸压超前范围不低于200 m，并严格按照《3上1106 回采工作面冲击危险性评价》组织实施。

钻孔参数：弱冲击危险区，孔深不小于20 m，钻孔直径Φ110 mm，孔间距3 m，距底板1.2～1.5 m，垂直巷道走向、平行于煤层层面施工；中等冲击危险区，孔深不小于20 m ，钻孔直径为Φ110 mm，孔间距2 m，距底板1.2～1.5 m，垂直巷道走向、平行于煤层层面进行施工；强冲击危险区，孔深20～25 m，钻孔直径为Φ110 mm，孔间距1 m，距底板1.2～1.5 m，垂直巷道走向、平行于煤层层面进行施工。

4.2.2 动态区域卸压解危

当工作面推采过程中监测到指标具有冲击危险时，同样采用卸压孔卸压。

钻孔参数如下：钻孔直径为Φ110 mm，深度10 m，钻孔角度走向垂直煤壁，倾向与煤层倾角一致，使钻孔始终在煤层内，卸压孔间距为1 m。

施工方式：由低应力向高应力区域逐一进行卸压孔施工。

5 冲击地压综合防治分析

冲击地压综合防治措施实施后，采用微震实测数据分析3上1106 回采工作面开采区域矿震事件日释放能量和及日发生频次。在2020 年7 月5 日至7月20 日期间，开采区域矿震释放总能量约135 kJ，矿震发生频次为45 个，对比冲击地压综合防治措施实施之前，矿震事件释放总能量下降、频次升高，且改变量显著。这一情况表明，冲击地压综合防治措施有效降低了围岩应力水平，从而降低了3上1106回采工作面开采过程的冲击地压危险性。