综采工作面过地质构造带期间回采巷道冲击地压防治技术研究

2022-04-02郑健

山西冶金 2022年1期

郑健

（晋能控股集团山西王家岭煤业有限公司，山西保德 036600）

煤炭开采过程中会产生一定程度的应力集中，当采场周边岩体中弹性能突然释放时会伴随后煤岩体抛出等，从而形成冲击地压[1-2]。冲击地压依据应力状态可分为重力型、应力型、构造应力型以及中间型类型。随着矿井开采深度增加，在地应力、开采强度增加等多因素影响下，冲击地压矿井数量呈明显递增趋势[3]。为此，众多的科研学者对冲击地压发生机理、预测以及防治技术等开展研究，并取得较为显著的应用成果[4-6]。众多的研究成果表明，当井下采掘作业面回采推进过地质构造时更容易发生冲击地压，主要原因是构造应力、采动应力等叠加以及开采扰动导致[7]。文中以山西某矿21106 综采工作面过B2 向斜构造为工程实例，对采面过地质构造回采巷道动力显现，提出针对性冲击地压防治措施，确保了采面回采安全。

1 工程概况

21106 综采工作面位于2 采区，回采的11 号煤层埋深平均680 m，煤层厚度2.56 m、倾角5°。采面设计倾向、走向长分别为320 m、2 630 m。工作面通风采用两进一回方式，211061 巷、211062 巷进风、211063 回风。11 号煤层顶板岩性以坚硬的砂岩、粉砂岩为主，裂隙不发育，完整性较好。211061 巷采用使用切顶卸压留巷保留下来，巷道沿着21102 采空区布置，211061 与211062 巷间留设有20 m 护巷煤柱。具体采面位置见图1 所示。

图1 工作面位置示意图

根据已有的地质资料显示，21106 综采工作面回采推进560 m 时会进入到B2 向斜影响区内，其中背斜构造影响最为明显范围内采面下部，即211061 及211062 巷位置。21106 综采工作面在过B2 向斜期间，211062 巷围岩中出现明显的微震情况并伴随有一定的异响，冲击地压征兆较为明显。

2 冲击地压防治技术

211062 巷采用锚网索联合支护方式，顶板以及巷帮支护强度较高，底板未支护，巷道支护呈现明显的“三强一弱”形式。211062 巷与211061 巷间留设有20 m 护巷煤柱，在B2 向斜构造应力、超前支承压力以及临近的21102 采空区侧向压力等共同作用下，煤岩体中积累有大量的弹性能，从而处在较大的冲击地压风险。释放围岩应力是冲击地压防治的关键措施，根据211062 围岩特征、支护形式以及应力分布情况，综合使用水力压裂卸压、大孔径钻孔卸压、松动爆破卸压以及起底卸压方式防治冲击地压。

2.1 水力压裂卸压

随着21106 综采工作面推进，提前在211062 巷顶板上施工水力压裂钻孔，通过水力压裂可起到如下作用：

1）切断上覆坚硬岩层稳定性，从而降低采空区侧向应力、超前支承压力对巷道影响；

2）通过水力压裂使得顶板坚硬岩层中形成一定缝隙，从而降低顶板岩层蓄能能力，降低顶板垮落难度。

在211062 巷具体采用定向水力压裂、高压水力切缝两种水力压裂形式，每中水力压裂钻孔均压裂3 次、压裂压力控制在30～60 MPa。具体现场使用的水力压裂卸压钻孔布置情况见图2 所示、施工参数见表1 所示。

图2 水力压裂卸压钻孔示意图

表1 水力压裂钻孔施工参数

2.2 大孔径钻孔卸压

在211062 巷超前回采工作面300 m 范围在煤层内施工大孔径钻孔释放煤层中本身的弹性能，以便降低超前支承压力显现强度；通过大孔径钻孔密实、破裂过程来释放不能冲击能，以便降低冲击地压危险性。在211062 巷向采面内施工孔径150 mm 大直径钻孔，钻孔按照3°仰角施工，钻孔长度、间距分别为15 m、1.0 m，具体大孔径钻孔布置情况见图2-1 所示。

2.3 松动爆破卸压

在211062 巷超前回采工作面150 m 范围内，针对高应力集中区域采用松动爆破方式卸压，通过卸压可释放煤岩体内积聚的弹性能，从而使得应力集中向煤体深部转移；爆破后产生的一定的次生裂隙，可起到延缓煤岩体应力集中目的。布置的松动爆破卸压钻孔孔径45 mm，按照3°仰角施工，钻孔施工孔深、间距分别为15 m、5.0 m，封孔长度为5.0 m，单孔乳化炸药装入量为10.0 kg。具体巷道内松动爆破卸压钻孔布置情况见图3 所示。