大埋深厚煤层大采高工作面冲击地压解危技术应用

李亚宾

（中天合创煤炭分公司门克庆煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

冲击地压[1-2]是煤矿开采的三大动力灾害之一，广大科研工作者和现场技术人员对冲击地压的发生机理[3]、监测方法[4]和解危技术措施[5]进行了大量的研究，也都取得了一定的效果。本文基于门克庆矿生产地质条件，对冲击地压解危技术措施和应用效果进行了分析。

1 工程概况

1.1 工作面地质情况

门克庆煤矿11-3104 工作面东侧为南翼三条大巷，北侧同煤层为设计的11-3106 工作面，在2-2中煤层距3104 工作面向北直线距离158 m 为11-2201 工作面采空区，西侧为3-1 煤南翼泄水巷，南侧为设计的11-3107 工作面。11-3104 综采工作面开采3-1 煤，煤层倾角在0.5°～7.0°之间，煤层平均厚4.85 m，平均埋深690 m。11-3104 工作面长度320 m，推进长度2927 m，采高3.90～6.10 m，平均采高4.85 m。3-1 煤层直接顶为粉砂岩，平均厚2.26 m，老顶为中砂岩，平均厚19.79 m；煤层直接底为粉砂岩，平均厚9.39 m，老底为中砂岩，平均厚21.24 m。

1.2 工作面冲击危险区划分

通过地质影响因素和开采影响因素的冲击危险指数评价，11-3104 工作面地质因素影响的冲击地压危险指数为0.71，开采技术条件影响的冲击地压危险指数为0.11；根据冲击危险指数评价公式两者取大，可知11-3104 具有中等冲击危险。基于回采工作面的分级划分结果，11-3104 工作面有5 个区域存在中等冲击危险，其余为弱冲击危险区域，如图1，具体位置见表1。由于两巷调车硐室断面大，其前后30 m 按照中等冲击危险区域进行管理。

图1 冲击危险分区划分图

表1 冲击地压危险区具体位置参数表

2 工作面冲击地压卸压及解危措施

2.1 煤体大直径卸压钻孔

布置煤体大直径卸压钻孔需根据工作面不同区域的冲击危险性指数，选择不同的卸压钻孔参数，不能盲目确定。根据11-3104 工作面冲击危险区域划分结果，采用微震、钻屑等方法，对划分的弱冲击危险区域进行监测。当微震监测系统监测到冲击危险性升高时，采用钻屑法进行监测，钻屑量不超标，则正常进行回采工作；如果钻屑量超标，则按照中等冲击危险区域进行管理，施工大直径卸压钻孔，并采用微震、钻屑等方法检验效果，冲击危险解除后，才能正常回采。11-3104 工作面大直径卸压钻孔参数如下：直径不小于150 mm，孔深20 m，中等冲击危险区孔间距为2 m，强冲击危险区孔间距为1 m。具体参数见表2。在工作面回采过程中，当监测到工作面开采区域存在冲击危险或出现冲击显现特征时，应在生产帮的危险区及其附近20 m范围内实施大直径钻孔解危方案，同时，应加强效果检验，确认预警指标安全方可作业。

2.2 顺槽顶板深孔爆破

11-3104 工作面为该区域首采面，结合11-3102工作面矿压显现规律，根据相邻工作面6 m 小煤柱沿空掘巷的要求，需要对11-3104 工作面两巷回采范围全部进行切顶卸压。两巷的顶板切顶卸压爆破范围始终控制在超前工作面300 m 以外，并结合回采过程中实测超前影响范围进行及时调整，确保顶板切顶卸压爆破施工作业在超前影响范围以外进行。顶板深孔爆破钻孔布置方案：在顶板煤柱侧布置一个预裂钻孔，开孔位置距煤柱帮0.8 m，钻孔与煤层夹角为60°，钻孔方位与巷道夹角为0°，钻孔深度为25.4 m，孔径75 mm，间距8 m。11-3104 工作面两巷顶板爆破孔如图2，11-3104 工作面顶板爆破炮孔参数见表3。

表2 大直径钻孔卸压参数

图2 11-3104 工作面两巷顶板爆破孔剖面示意图

表3 11-3104 工作面顶板爆破炮孔参数表

2.3 底板大直径钻孔卸压

11-3104 工作面采用沿底掘进，实际掘进过程中巷道局部存留有底煤，针对底煤厚度超过1 m 的区域，应实施底板大直径钻孔卸压，以降低煤层中的应力积聚，减少巷道底板冲击及底鼓现象发生，保护巷道安全。底板大直径钻孔布置参数为：钻孔直径大于150 mm，在巷道每个断面布置2 个钻孔，钻孔俯角45°，钻孔间距1 m，钻孔深度达到底板岩石即可。底板钻孔参数可根据底煤厚度、巷道掘进时实际揭露底板岩性及底板铺底情况等因素进行调整。底板大直径卸压钻孔布置如图3。

图3 留底煤区域大孔径钻孔卸压布置示意图

3 应用效果分析

根据门克庆煤矿11-3104 工作面冲击危险区域划分结果，对中等冲击危险区采取煤体大直径钻孔卸压、两顺槽深孔爆破以及底板大直径钻孔卸压的卸压和解危技术措施后，对工作面全部区域的整个回采过程进行微震、超前支承压力和支架压力观测分析）。图4 为其中一周内的监测数据，可见一周内仅出现两次能量释放事件，且能力等级不高。图5 为其中一次超前支承压力监测数据，可见监测得到的浅基点最大应力值为9.1 MPa，深基点最大应力值为7.6 MPa，未达到黄色预警值。图6 为其中15 日内的支架压力数据，由图可见机头出现一次压力突增，但增幅不大，工作面支架压力整体较为稳定，整个工作面回采过程中来压时，支架压力出现增大，动载系数为1.28。综合分析：工作面围岩活动强度较低，能量释放平稳，采取的解危技术措施能够达到良好效果。

图4 七日内频次和能力走势图

图5 超前应力图

图6 支架压力图（十五日）

4 结论

（1）从地质和开采影响因素两方面进行冲击危险性评价，11-3104 工作面为中等冲击危险，并将工作面划分为5 个中等危险性区域，其余为弱危险性区域。

（2）基于工作面危险性分区，对中等危险区制定了煤体大直径钻孔卸压、两顺槽深孔爆破以及底板大直径钻孔卸压的卸压和解危技术措施；并采用微震和钻屑法对弱冲击危险区进行监测，钻屑量超标时机采采取相应技术措施。

（3）通过微震、超前支承压力和工作面支架压力对工作面观测，结果表明，工作面回采期间围岩活动强度较低，能量释放平稳，解危效果良好。