孟村煤矿强冲击地压条件下巷道维护方案

马 涛，聂书遥

(陕西彬长孟村矿业有限公司，陕西 咸阳 713602)

0 引言

陕西彬长集团孟村煤矿位于咸阳市长武县东部，东西长10.5 km，南北宽6.5 km，井田面积61.2 km2。可采面积约58.77 km2，地质储量8.6亿t，可采储量6.4亿t，矿井设计规模600万t/年，服务年限71.5年。矿井采用中央并列式通风方式，抽出式通风方法，立井单水平开拓，全部垮落法管理顶板。矿井主采4号煤层，平均厚度16.25 m，煤尘具有爆炸危险性，水文地质类型为“复杂”型，Ⅰ类易自燃煤层，矿井为高瓦斯矿井、强冲击地压矿井。

1 工程概况

1.1 顶底板概况

开采煤层为侏罗纪延安组4号煤层，倾角平缓，一般小于7°，构造简单，埋深430～690 m，厚度3.70～26.02 m，平均厚度16.25 m。4号煤层伪顶为黑色炭质泥岩，厚度一般小于1.0 m，与采煤同时垮落，强冲击倾向性煤层。直接顶板为砂质泥岩，先期开采地段厚度为10～14 m，属半坚硬不稳定顶板；基本顶为易冒落半坚硬中、细粒砂岩，厚度7.75～20.5 m，为中等稳定岩体。底板为灰褐色含鲕状结构的铝土质泥岩，铝质泥岩厚度1.83～7.77 m，属软弱岩层，遇水膨胀，产生底鼓现象，属不稳定底板。

1.2 矿井冲击地压显现情况

根据孟村煤矿防冲管理部微震监测系统统计，自矿井建井期间5条主要系统大巷掘进以来，发生的较大能量(1×105J以上)冲击显现情况共6次。

第1次：2015年8月31日凌晨4∶31，能量为1.22×106J；中央一号辅运大巷掘进工作面迎头向后0～30 m，总里程1 486 m，过4号联络巷97 m；冲击造成煤柱帮(右帮)最大帮鼓量0.7 m，肩部变形量相对较大；10余处大块浆皮被崩落，局部开裂，最大裂缝宽度50 mm；2处锚网被撕裂，均位于搭接处。

第2次：2018年7月6日9：12，中央一号辅运大巷迎头区域发生冲击地压事件，能量为1.01×107J，冲击造成工作面掘进前方1 m×1.5 m(长×高)煤体向巷道内抛出，迎头退后5 m范围内右帮向巷中偏移0.8～1 m，顶部有大量小块煤体脱落，右帮肩部10余块木托板被打翻或破裂。

第3次：2019年3月7日零点班1：18，能量1.21×105J，中央一号辅运大巷里程1 600～1 635 m(DF29断层处，距迎头约300 m)，冲击造成巷道35 m范围内普遍底鼓约0.5 m，最大1.5 m，顶板大量浆皮脱落，巷道内皮带运输系统瘫痪。

第4次：2019年5月9日8点班8∶05，能量2.7×105J，里程1 490 m，冲击造成中央二号辅运大巷自4号联络巷口以西75～135 m，喷浆层局部脱落，地坪部分开裂，底鼓最大0.5 m，水沟盖板弹出，3根电缆落地，1 m运输皮带架侧翻；中央胶带大巷自中央二号辅运大巷4号联络巷口以西40～147 m，喷浆层局部脱落；其中87～107 m，喷浆层脱落严重，87 m处顶板网片撕裂1.5 m2，深0.5 m，煤层垮落，巷道局部底鼓0.5～1.0 m。

第5次：2019年8月5日零点班6∶13，能量2.26×105J，冲击造成中央胶带大巷里程1 010～1 050 m段40 m范围内(最外一架棚起向外)底鼓均0.5 m，最大0.8 m，局部浆皮脱落；中央一号辅运大巷DF29断层附近局部底鼓0.2 m，浆皮脱落。

第6次：2019年12月24日4点班22∶57∶24，能量3.36×105J，冲击造成中央胶带大巷4号联巷以里40～60 m段底鼓约0.9 m，少量浆皮脱落；中央一号辅运大巷1 350～1 750 m右帮电缆落地；1 650～1 750 m段底鼓0.1～1.5 m，皮带机局部侧翻；1 750 m处冒顶约1 m3，少量片帮。

1.3 冲击显现规律

5条主要系统大巷冲击显现：①中央一号辅运大巷掘进期间，在DF29断层(H=18 m，∠65°～70°)附近已有强烈的冲击显现；待巷道掘进过去后，后巷及其他4条中央大巷受401101综采工作面接近和通过DF29断层影响，集中发生4次较大冲击显现。②5条大巷主要冲击显现严重区域集中在与DF29断层交汇点前后200 m范围内，尤以DF29断层揭露点附近冲击显现最为强烈。

现象认定：①5条大巷掘进期间通过断层位置附近时即出现强烈冲击显现；②401101综采工作面由谢家咀背斜经过DF29断层至塬口子向斜期间，5条大巷冲击显现较频繁。此现象可认定为随着401101综采工作面采动影响而形成的能量积累，DF29断层充当了冲击能量释放通道，5条系统大巷形成了不同程度的冲击破坏。

2 巷道维护方案

2.1 总体思路

在孟村煤矿强冲击地压条件下，大巷巷道维护总体思路分为“远攻”和“近交”两部分。“远攻”即指选定顶板关键层、临近煤柱、巷道底板实施连续深孔精准爆破作业，利用爆破产生松散煤岩体，从而阻止能量积累，并打乱既有能量释放通道[1-3]。“近交”则指利用施工注浆锚索，采用锚注技术形成巷道稳固的围岩帷幕[4-6]，同时进行全断面架棚、喷浆加固，底板采用设置缓冲层(铺设鹅卵石)、架设反底拱、施工高标水泥方法预防和处理底板冲击。施工顺序为先“远攻”，再“近交”。

2.2 “远攻”实施远端精准爆破

顶板关键层位置：和煤与瓦斯突出的能量机理和释放方式不同，冲击地压能量积累来源于顶板的能量积累[7-9]。由于采掘活动影响，伪顶在快速垮落后，位于直接顶位置的沉积岩层便产生采动应力下的能量积累效应，由于沉积岩层本身具有一定强度，因而形成一种类似于“三合板”式的断裂方式。它在积累后的断裂情况就是一次较大的冲击地压显现。因而选定顶板关键层的爆破位置应当放在直接顶的中上部，即煤层顶板向上10～15 m处。

爆破位置：中央二号回风大巷由于与401101综采工作面留有200 m煤柱，且为5条大巷中最靠近采面的，因此可采用顶板关键层、临近煤柱、巷道底板3个方向实施连续深孔精准爆破作业。其余4条大巷只可实施顶板关键层、巷道底板爆破。爆破孔间隔不应超过20 m，巷道爆破位置断面如图1、图2所示。

图1 中央二号回风大巷爆破位置示意

图2 其他大巷爆破位置布置示意

2.3 “近交”形成巷道加固体系

冲击地压破坏程度剧烈的另一方面原因是巷道初始支护强度不足[10-12]。由于前期对矿井冲击地压严重性认识不足，巷道成型后，仅采用锚索、锚杆及喷浆进行巷道支护，极大降低了巷道抗冲击能力。“近交”加固体系是指在“远攻”精准爆破完成后，巷道外围形成能量阻挡圈后，通过施工注浆锚索，采用锚注技术进行加固，在原巷道外圈基础上形成一个1.2～2倍的稳固围岩，同时进行全断面架棚、喷浆加固，并采用设置缓冲层、架设反底拱、施工高标水泥方法预防和处理底板冲击，图3为巷道加固断面示意。

图3 大巷巷道加固断面

2.4 其他防冲击方法

顺槽巷道加固建议：①受回采后的采动应力叠加冲击地压影响，顺槽巷道也应选用“远攻”方案，即选定合理深孔爆破范围，阻止采空区顶板的能量积累和释放；②在DF29断层影响区域，应适当提升巷道在煤层中的层位，防止上部综放煤层体量过大，巷道近乎沿煤层底板掘进产生的强冲击显现，最好将放顶煤层控制在5 m内，使锚索保留1 m以上进入直接顶，从而增加巷道的抗冲击性；③开展科研攻关，尽快科学确定相邻工作面掘进时，煤柱留设宽度，确保巷道布置安全、提升资源合理利用。

其他防冲击辅助生产方式：下一个接替回采工作面为401102综采工作面，考虑到工作面排水问题(泄水巷共用401101泄水巷)，回采方向与401101综采工作面一致，即回采方向由西向东，经谢家咀背斜经过DF29断层至塬口子向斜。根据冲击显现统计，导致5条大巷冲击显现时间、频率上较为集中、多发。依据文献[12]的研究结果，褶皱区具有开采后局部地应力场变化的方向性，褶皱向斜部分是水平应力集中区，采掘时冲击危险性较高，而翼部、背斜处的冲击地压危险性次之，褶皱区工作面最有利的推进方向应是自向斜起往背斜方向推进。因此，确定回采方向时，建议将冲击危险作为首要考虑要素，采取自东向西回采，即由塬口子向斜经过DF29断层至谢家咀背斜进行回采为宜。

3 结论

(1)通过远端爆破关键层，近端加固巷道围岩及支护强度的巷道维护方案，主采4号厚煤层巷道变形难以控制的问题得以解决。

(2)在强冲击地压条件下，大巷巷道维护时“远攻”的重点在选定顶板关键层和实施连续深孔精准爆破作业，“近交”的难点在于形成巷道稳固围岩帷幕的同时进行加固。此外，顺槽巷道的加固和回采方向的合理确定也是维护方案的重要补充。