纳林河二号矿井31103-1 工作面高度应力集中区钻孔卸压实践

丁 峰 狄正宝

（1.山西王家岭煤业有限公司，山西 忻州 036600；2.乌审旗蒙大矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017307）

纳林河二号矿井31103-1 残采块段位于北五采区行人下山右翼，其块段二运输巷靠近101 采区，轨道巷靠近31103-1 采空区，切眼在H=3.5 m 正断层处，块段一轨道巷靠近H=2 m 正断层，切眼靠近31103-1 采空区。31103-1 残采块段前期属于孤岛工作面开采，后期属于沿空开采。根据相邻矿井类似工作面回采经验，31103-1 残采块段回采过程中面临冲击地压威胁。冲击危险区分为静态危险区和动态危险区。

静态危险区是指通过冲击危险性评价获得的危险区，是一种潜在的危险区。动态危险区是指通过监测获得的危险区，是一种已经显现的危险区。静态危险区处理思路：在受工作面采动影响之前，对危险区进行预卸压处理，通过改变煤体物理性质，降低冲击倾向指标，从而达到消除冲击危险的目的，其特点是预卸压。动态危险区处理思路：在显现危险信息后，对危险区进行解危处理，通过改变煤体的物理性质促使应力向深部转移，从而达到解除冲击危险的目的，其特点是解危。针对纳林河二号矿井31103-1残采块段回采过程中面临冲击地压威胁，采用“浅孔～深孔”交替施工方法，从而实现卸压解危的目的。

1 工作面概况

纳林河二号矿井31103-1 残采块段二左侧为31102 采空区，中间煤柱宽度为3.5 m，右侧为31103-1 采空区，中间煤柱宽度为3.5 m；块段一左侧为31102 工作面停采线外侧的三角煤柱，宽度为15～75 m，右侧为31104-1 采空区，中间煤柱宽度19.5 m，南侧为31103-1 采空区，中间煤柱宽度6 m，北侧为北五采区下山。

根据矿井地质条件分类评定，3 号煤层顶底板条件均为Ⅱ类。基本顶为中、细砂岩，厚66～100 m，平均80 m，灰白色，坚硬，钙质胶结，具斜层理，f=8～12；直接顶为粉砂质泥岩，厚0.1～4.0 m，平均2.0 m，厚层状，深灰色，砂泥质结构，f=3～4；直接底为粉砂质泥岩，厚2.5～3.8 m，平均3.0 m，深灰色，砂泥质结构，煤层底板有0.2 m 的碳质泥岩，f=3～4；基本底为细砂岩，厚20～35 m，平均25 m，浅灰色，质纯，致密，具水平层理，f=6～8。工作面整体呈一单斜构造，外段以断裂和褶皱构造为主，整体为一单斜构造形态，周围分布的断层见表1。

表1 断层情况表

2 冲击地压危险性评价分析

纳林河二号矿井31103-1 工作面的面积约为34 394 m2，平均采深为514 m。受埋深、邻近采空区影响，推采过程中，工作面煤体局部出现应力集中，可能满足冲击地压发生的力学条件，加之煤层、顶板具有弱冲击倾向，工作面回采过程中可能发生冲击地压。因此，采用实用简单的综合指数法来对31103-1 工作面冲击地压危险性进行评价。

（1）31103-1 工作面块段二靠近采空区，切眼中间存在3 m 断层，工作面煤体上的垂直应力较大，冲击地压危险指数为0.85，具有中等冲击危险性（偏强）。

（2）31103-1 工作面块段一右侧为采空区，左侧为实体煤柱，受区段煤柱及三角煤柱影响，冲击地压危险指数为0.81，具有中等冲击危险性（偏强）。

综上所述，31103-1 工作面两顺槽都属于防冲的重点区域，必须采取相应的安全技术措施来进行冲击地压的安全防范。

3 应力环境分析

31103-1 工作面块段二属沿空开采，周围31103-1 采空区、31102 采空区的侧支承压力都作用于该块段上，将导致该区域垂直应力异常。假设受两侧支承压力作用，应力集中系数取3，则该块段煤体垂直应力将达到38.5 MPa，大于冲击地压发生的临界应力条件24 MPa。实测垂直应力 37.1 MPa，因此，该块段掘进和回采过程中发生冲击地压的可能性很大。

31103-1工作面块段一属两侧沿空的孤岛块段，周围31102 采空区、31104 采空区的侧支承压力都作用于该块段上，导致该区域应力异常。假设受两侧支承压力作用，应力集中系数取3，则该块段煤体的垂直应力将达到38.5 MPa，也远大于冲击地压发生的临界应力条件24 MPa。实测垂直应力达到36.2 MPa，因此，该块段掘进和回采过程中发生冲击地压的可能性也很大。

4 “浅孔～深孔”交替施工卸压钻孔及效果分析

4.1 “浅孔～深孔”交替施工卸压钻孔

根据卸压钻孔施工情况及应力计监测数据分析，对存在高度应力集中区的地点，组织人员利用ZQC420/10.0 架柱式气动钻机从低应力区向高应力区逐步施工卸压钻孔。由于应力较集中，在施工过程中“煤炮”频繁，出现了“抱钻”现象，造成钻杆丢失，对人身安全造成威胁。为了对高应力区有效地实施卸压解危，确立了“浅孔～深孔”交替施工方法，即先施工浅孔对高应力集中区进行浅部卸压，使最外部的集中应力得到释放卸压，同时缓解分散深部应力的集中，使高应力区变成低应力区。浅孔卸压抽放成套工艺设备如图1，浅孔钻孔布置示意图如图2，钻孔深度为8～18 m，钻孔直径为94 mm，开孔方位角167°。

图1 浅孔卸压抽放成套工艺设备

平行钻孔再施工一个深孔进行再一次的卸压，最终达到卸压解危的作用。深孔钻孔布置示意图如图3，钻孔深度185 m，钻孔直径94 mm，开孔方位角167°。

图2 浅孔钻孔布置示意图

图3 深孔钻孔布置示意图

4.2 效果分析

对纳林河二号矿井31103-1 残采块段区域进行全面的综合监测，主要包括：（1）每天采用KBD5电磁辐射仪监测超前300 m 范围；（2）使用3 台KBD7，1 台位于风道超前30 m，1 台位于风道变向点以里10 m，另1 台位于变向点以外70 m，对同风道压力情况进行24 h 连续监测；（3）采用波兰SOS 微震监测系统对该区域进行在线不间断监测。

31103-1 工作面块段二区域，实测工作面煤体上的垂直应力为11.3 MPa，较大，冲击地压危险指数为0.45，冲击危险性较小。

31103-1 工作面块段一区域，实测工作面煤体上的垂直应力为13.7 MPa，较大，冲击地压危险指数为0.48，冲击危险性较小。

采用“浅孔～深孔”交替卸压施工方法有效地控制和解除了该区域的冲击地压威胁，尽管该区域内有2 次冲击地压事故发生，但是冲击能量小，影响范围及破坏程度非常之小，该31103-1 残采块段可以正常进行回采。

5 结论

纳林河二号矿井31103-1 工作面切眼和两巷应力比较集中，巷道变形量较大，冲击危险程度较高。通过采用“浅孔～深孔”交替卸压施工方法卸压钻孔，不断地打钻卸压，降低了工作面和两巷的应力，确保工作面和两巷保护带的有效宽度符合规定，实现了安全推采。