冲击地压巷道贯通期间防冲措施的应用

丁希阳 张 洋 郭 鲁

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 汶上 272500）

1 概况

汶上义桥煤矿有限责任公司在4310 工作面轨道顺槽F4 导线点前33 m 处作为4310 工作面轨道顺槽联络巷开门中心点，按171.423°方位角施工61.4 m，然后拐弯按237.491°方位角施工58.5 m与四采区轨道下山（A4 导线点前52.78 m）贯通。

1.1 巷道设计

（1）巷道断面：直墙半圆拱形，荒宽4400 mm，荒高3700 mm；净宽4200 mm，净高3600 mm，墙高1500 mm。

（2）施工坡度：地层倾角10°～19°，根据巷道标高，拐弯后按5°上山掘进与四采区轨道下山贯通。

1.2 地质条件

（1）正常掘进期间为煤巷，直接顶为细砂岩，坚固性系数5～7，直接顶厚度1.5～3.5 m。地层为一单斜构造，掘进过程中将揭露断层FG-4310-01（H=2.5 m），过断层期间为岩巷、半煤岩巷。

（2）该巷道北面为4310 工作面轨道顺槽，南面为四采区轨道下山，西面为四采区胶带下山，东面为4310 工作面。四采区轨道下山与四采区胶带下山平行布置，巷道开门夹角63°，贯通夹角30°。

1.3 冲击地压评价及结论

根据《4310 工作面冲击危险性评价及防冲设计》，结合4310工作面具体地质条件、开采技术条件、3 煤冲击倾向性鉴定结果等，分别从定性、定量（综合指数法、可能性指数诊断法）角度对该工作面的冲击危险性进行了评价，4310 工作面轨道顺槽联络巷掘进期间具有弱冲击危险性。

1.4 防冲难点

巷道空间位置复杂，开门施工至55～60 m 时将从四采区胶带下山上部穿过（层间距约4.5 m）；贯通点附近存在机电硐室且四采区轨道下山与四采区胶带下山仅间隔20 m 煤柱，顶板管理难度大，易产生高应力集中区，需要采取针对性防冲专项措施。巷道位置关系图如图1。

图1 巷道位置关系图

1.5 支护设计

（1）4310 工作面轨道顺槽联络巷顶部及两帮选用MSGLD-335/Ф22×2400 mm 等强螺纹钢锚杆。锚杆间、排距均为800 mm×800 mm；顶部及两帮铺设1000 mm×2000 mm 的金属轧花平网。揭露地层构造、淋水或顶板岩石破碎时，顶部铺设双层金属轧花平网加强护表强度。

（2）为提高顶部围岩整体性，拱部采用锚索+14#槽钢加强支护。锚索规格为Φ21.6×4500 mm，锚索间排距为1700 mm×2400 mm，每排三根，槽钢规格为14#×3800 mm，锚索滞后迎头不大于4 m。贯通距离剩余10 m 时，采用规格为Φ21.6×6500 mm 的锚索加强支护，锚索紧跟迎头。

2 贯通期间防冲专项措施

2.1 贯通前的应力显现

贯通距离约50 m 时，在四采区胶带下山出现断锚杆、螺母崩裂、锚杆螺母撸丝现象，应力在线压力值显著上升。贯通距离剩余约20 m 时，四采区轨道下山贯通点附近原喷浆层出现开裂现象，且煤炮频繁，一个班次由1～2 次增加到4～5 次。

2.2 施工措施

（1）顶部及两帮选用MSGLW-500/Ф22×2400 mm 无纵肋螺纹钢锚杆加强支护，每根锚杆安装一个单启动让压管，让压载荷180 kN，顺序为W 形钢护板、托盘、平垫、让压控件、平垫、减摩垫圈和螺母。

（2）锚索排距加密至1600 mm，每根锚索安装1 个双启动让压控件，顺序为槽钢、托盘、平垫、让压控件、锁具。

（3）贯通距离剩余10 m 时，在四采区轨道下山内（贯通点前后5m 范围内）采用锚索+锚索圆形托盘加强支护。锚索间排距1700 mm×2400 mm，锚索规格为Ф21.6 mm×6500 mm，每排布置三根锚索，贯通前先施工中间及右侧锚索，贯通后再补打左侧锚索。

（4）临近贯通8 m 时，循环进尺调整为0.8 m，短掘短支；剩余5 m 时使用探钎钻透，适当调整施工层位；剩余2 m 时，采取多打眼放小炮的措施保证贯通质量。

2.3 贯通期间防冲方案

（1）出现动力显现，且应力在线濒临黄色预警时，在工作面迎头施工大直径预卸压钻孔进行贯通前预透，工作面中间三个钻孔“三花”布置，相邻钻孔孔口间距为1.2 m，平行于巷道施工方向进行预透。在“三花”布置的基础上，工作面迎头两侧各增加一个预卸压钻孔，右侧预卸压钻孔深度为22 m，与巷道帮部成19°夹角，终孔位置在巷道右侧轮廓线外8～10 m。同时左侧预卸压孔因受三角煤体的影响，与巷道帮部成19°夹角施工预卸压钻孔，同四采区轨道下山预透。

（2）对巷道帮部实施大直径钻孔预卸压，钻孔直径150 mm，钻孔间距不大于3 m，于巷帮中部单排布置，孔深15 m，滞后迎头不大于10 m，钻孔距底板1～1.5 m 为宜。

（3）每天在正迎头及实体煤帮（迎头外5 m）进行钻屑法监测，孔径Φ42 mm，检测孔深度12 m，量取每米的钻粉量，根据钻粉量预警指标判定危险程度。若监测到有冲击危险时，应立即停止生产，迅速撤人至安全地点，并立即向冲击地压防治办公室和调度指挥中心进行汇报。

具体监测方法如下：由三天监测一遍加强为两天监测一遍，揭露煤层厚度达到1 m 后，每天早班在迎头面左、右侧各施工一个，迎头后5～15 m 范围内左、右帮各施工一个。预卸压钻孔预透设计示意图如图2。

图2 预卸压钻孔预透设计示意图

2.4 钻屑法技术参数

（1）掘进迎头钻孔与巷道轴向平行，实体煤巷道布置在两帮，两帮钻孔方向与煤层倾向平行。巷道迎头布置2 个钻孔，间隔1.5～2 m；两帮各布置2 个钻孔，孔深12 m。钻孔以1.0～1.5 m 高为宜。

（2）因过断层，需从巷道底板开始揭露煤层，煤层顶板距巷道底板距离达到1 m 及以上时，开始进行钻屑法监测。

（3）冲击危险的煤粉量的临界值：

当孔深L ≤5 m 时，临界煤粉量为2.7 kg/m；当孔深6 m ≤L ≤9 m 时，临界煤粉量为5.3 kg/m；当孔深10 m≤L≤12 m时，临界煤粉量为9.1 kg/m。

2.5 应力在线安装要求

（1）应力在线测点布置

应力在线测点间距20～25 m，应力在线安设初始应力值不低于5 MPa，不高于8 MPa；稳压应力值不低于3.5 MPa，每组两个测点，埋设深度分别为8 m、14 m，间距1.0～1.5 m，深孔靠近迎头。

（2）应力在线预警（见表1）

表1 应力在线预警值设置

（3）冲击危险判定

根据应力值和应力增值两项指标，只要一项指标超过预警值，则判断该组测点区域具有冲击危险。两组及以上黄色或红色预警，需立即停产撤人；一组红色预警，一天内明显增加（应力增值大于预警值），需立即停产撤人；一组黄色预警，且钻屑法检测指标超限，需立即停产撤人。

2.6 预卸压钻孔技术参数

（1）帮部揭露煤层厚度达到1 m 后，开始对帮壁施工预卸压钻孔。卸压钻孔Φ150 mm，孔深15 m，钻孔布置在煤帮中部，距底板1～1.5 m 为宜。

具体要求如下：帮部为半煤岩时，下部煤厚小于1 m，帮部不再施工卸压孔；底煤厚超过1 m 时，对底煤进行预卸压。

（2）在工作面掘进期间，掘进迎头钻孔与巷道轴向平行，巷道两帮钻孔与巷帮垂直，沿煤层倾向方向施工。预卸压孔滞后迎头不大于10 m。

（3）断锚杆频繁、煤炮次数频繁、压力较大时，首先利用钻屑法进行检验，如果煤粉不超标，则施工预卸压钻孔，确保卸压钻孔滞后迎头不大于5 m；如果煤粉超标，立即停止施工。

（4）对于连续3 个卸压钻孔发生塌孔的情况，应及时对该区域进行煤粉检验和卸压施工。

3 应用分析

（1）微震监测分析。日均震动事件9 次，较采取措施前减少65 次，下降87.8%。其中能量大于1.0×103J的发震次数2次，较采取措施前减少51次，下降96.2%。经过分析，通过采取相应措施，震动次数显著减少，大能量事件趋近于零次。

（2）应力监测分析。相对于采取措施前，应力计压力值显著减少，深孔应力值最大值下降2 MPa，最大增速值下降1.5 MPa/d；浅孔应力值最大值下降3.5 MPa，最大增速值下降2 MPa/d。各测点的应力计压力值均在正常范围之内，且压力上升幅度不大，压力较平稳，未出现应力异常情况。迎头靠近贯通点的煤体浅部应力在距贯通35 m 左右开始，随着贯通距离的减小，应力呈上升趋势。充分证实，在距离贯通50 m开始采取相应措施是恰当的。

（3）钻屑法监测。在巷道内所做的钻屑法煤粉量数据均低于钻屑法监测煤粉量临界指标，且现场钻进过程中也未出现卡钻、吸钻、顶钻等动力显现情况。采取措施后，煤炮等动力现象显著减少，煤粉量最大值均下降0.85 kg/m。

（4）矿压显现。采取专项措施后，断锚杆现象得到有效遏制，贯通点处喷浆层开裂现象得到改善。

4 实践结论

汶上义桥煤矿有限责任公司在冲击地压巷道贯通期间，针对冲击地压防治规定采取相应的加强支护措施，同时根据巷道地质条件、巷道位置关系、围岩性质等采取针对性的防冲专项措施，有效提高了冲击地压巷道在穿层且临近硐室的情况下贯通的安全系数，为复杂冲击地压巷道实现安全贯通积累了宝贵的实践经验。