回采期间冲击危险监测方案实践

孙 强

（晋能控股集团挖金湾煤业有限公司，山西 大同 037001）

1 挖金湾煤矿煤层及工作面简介

挖金湾煤矿煤层走向近似东西向，倾向北，倾角在1°～3°之间。预计回采至50 m处有一条断层出现，落差在0.30～1.6 m左右；回采至275 m处有一条断层出现，落差在1.20 m左右；回采至662～907 m处有一条断层出现，落差在1.50 m左右；回采至1 089 m处有一条断层出现，落差在1.25 m左右。此外，工作面切眼西部邻近一条落差20 m左右的断层，本工作面西部受其影响，煤层顶板节理较发育[1-3]。煤层直接顶厚度4.50～9.47 m，砂质泥岩为主要组分，普氏硬度f=4.1；直接底由高岭质泥岩组成，厚度1.30～3.11 m，普氏硬度f=4.2。

8102工作面埋深996～1 004 m，走向平均长度1 464.8 m，斜长230.2 m，煤层平均厚度为3.47 m，平均埋藏倾角为2°，可采煤层平均密度为1.47 t/m3。

巷道布置方式：8102工作面为两巷布置的“U”型工作面，两条顺槽与南翼盘区主要大巷的夹角为90°。2102皮带顺槽、5102辅助运输顺槽沿4号煤层顶底板掘进，但高度不得小于3.5 m，切眼高度不得小于3.5 m，在切眼头部掘一绞车窝，宽4 m、高3.5 m、深4 m；在切眼头部、尾部分别掘一个过渡支架壁龛，深1.5 m、宽8.0 m、高3.5 m；在5102顺槽400 m处设一个调车硐室，长5.0 m、宽4.0 m、高3.5 m。

2 监测方案

针对回采期间可能出现的弱冲击危险区域，以矿压观测、微震、在线应力监测和钻屑法检测为主要手段，实时掌握冲击危险动态。

2.1 微震法

通过微震监测系统对本工作面开采期间工作面及周围微震事件进行震源定位和微震能量计算，结合工作面动压显现及钻屑法测试结果，综合分析矿震能量、震源位置与工作面动压显现的关系，预测工作面冲击危险性[4]。

监测分析范围：采煤工作面沿开采方向和采空区方向300 m，左右两侧200 m。

采用微震法监测冲击危险时，应基于区域内发生的矿震活动情况，以每日震动活动为基本单元，对比分析3~7 d内震动发生的频次、能量及分布特征。根据矿震活动变化规律以及活动趋势预测冲击地压危险的风险等级，微震法预测冲击地压危险的一般规律有：

1）矿震活动稳定，处于低能量水平，预示围岩处于能量稳定释放阶段，可正常生产。

2）震动能量升高，震动能量＜1×105J时，冲击的危险性相对较弱，震动能量＞1×106J时，说明矿区有剧烈的岩层活动，发生较大的应力转移，应密切关注开采活动，并及时采取有效措施。

3）矿震活动与采掘活动有密切关系，当出现较强的矿震活动时，应根据时间序列分析与采掘活动的关系。分析发现，逐次远离采掘线时危险性较低，逐次向采掘线靠近时冲击危险性升高，并采用钻屑法等手段进行验证。

2.2 钻屑法

重点监测工作面前方60 m范围，钻孔布置如图1所示。钻孔自煤壁前15~20 m处开始布置，每孔间距约20 m。当钻孔煤粉量达到或超过临界值时，立即在附近地点1 m处施工对比孔，以确定探测的准确性；同时在对帮也要施工煤粉检验孔，以确定对帮煤粉是否超标。

图1 钻孔布置示意图

通常用钻屑量指数判定工作面冲击危险程度，一般将1.5倍的正常排粉量定为该点是否具有冲击危险的阈值。通过对工作面的钻屑量数据进行统计分析，获得符合该矿实际生产条件的钻屑量指数阈值，进而有效指导冲击地压预测。

2.3 应力在线监测

通过布设应力在线监测探测器，可监测工作面采动应力的变化趋势和变化规律，准确记录采煤工作面的应力分布状态。

1）测点布置。测点布置在工作面前方200 m范围内，0～100 m范围内测点间距30 m，100～200 m范围内测点间距50 m，测点埋设深度为12 m。

2）预警值设定。对工作面回采影响巷道危险区域进行实时应力在线监测，组间距随危险程度的升高或降低进行微调，预警值设定如表1所示。

表1 预警值设定值 MPa

3）预警后判断准则及处理方法。不发生冲击地压判断准则：全绿色、一组黄色预警、一组红色预警。发生冲击地压准则：相邻两组及以上红色预警、相邻两组及以上黄色预警且钻屑量超限。根据准则判断出存在冲击危险后，应按照防治方案进行卸压处理[5]。

3 冲击危险防治方案

针对监测发现冲击危险的区域，采取钻屑法进行复验。当复验不超标则无需进行钻孔卸压；当微震监测和钻屑监测异常数据达到预警值、指标超标时，则需采取煤体爆破或大直径钻孔方式进行卸压[6]，而后通过钻屑法进行效果检验，如果指标不再超标，即可继续回采。工作面回采期间，卸压解危主要采用大直径钻孔和煤体爆破卸压。

3.1 大直径钻孔卸压

大直径钻孔卸压钻孔布置方式如图2所示，孔距2 m、孔深20 m、孔径110 mm，卸压钻孔布置在距离巷道底板1.2 m处的位置。实施卸压处理后，应及时进行效果检验，如果监测数据仍有异常，继续加密钻孔实施卸压。

图2 大直径卸压钻孔倾向剖面示意图

3.2 煤体卸压爆破

爆破钻孔布置如图3所示，孔间距5 m、孔深15 m、单孔装药量4.0 kg。通常针对采取大直径钻孔卸压措施后仍有冲击危险的煤体，在两大直径钻孔中间打钻孔，实施煤体卸压爆破。在卸压爆破实施后，采用煤粉钻孔法进行复验卸压效果。

图3 爆破钻孔布置示意图

4 冲击地压防治对特厚煤层开采的指导意义

鉴于工作面呈“刀把型”布置且煤层厚度较厚，依据矿区相邻工作面回采经验，工作面在回采时，应控制回采速度不超过8 m/d，工作面对接前后需根据来压情况调整开采速度。

在正常生产期间，根据冲击地压监测数据，判断工作面周期来压步距，加强冲击地压监测，并做好巷道支护工作[7]。冲击地压防治办公室应根据工作面及附近区域压力显现情况，制定相应的安全管理制度，调度室要加强生产组织工作，坚持匀速推进、均衡生产原则，尽量控制好推进度和放煤量，确保工作面能够达到匀速推进、均匀放煤[8]。

4.1 初次来压

初次来压期间岩层活动剧烈，可能影响工作面前方0~60 m范围。初采初放及顶板初次来压期间，应严格按照区域冲击危险等级设计参数进行防治，工作面监测数据出现异常趋势时，应提高一个危险等级进行防治[9]。当监测数据出现异常时，必须按照冲击地压预警管理办法要求来采取相应措施，确保指标在临界值以下，方可生产。

4.2 周期来压及采空区见方

根据覆岩运动规律，工作面推进至周期来压步距期间，覆岩活动剧烈，煤体和围岩积聚弹性能释放，需加强监测及防治力度。周期来压期间岩层活动剧烈，主要影响工作面前方0～100 m范围。初次见方影响范围为见方点前后50 m，采空区周期性“见方”为见方点前后20 m范围。工作面监测数据出现异常时，必须按照冲击地压预警监测方案开展监测工作，根据监测结果采取相应的卸压措施，并复验确认监测结果小于临界值后，方可生产[10]。

5 结论

1）针对回采期间的冲击危险，挖金湾煤矿采取矿压观测、微震、在线应力监测和钻屑法检测的主要手段，实时掌握冲击危险动态。卸压治理方案主要采取煤体大直径钻孔卸压、煤体钻孔爆破卸压技术。

2）工作面辅运顺槽临近断层，建议根据巷道掘进时的揭露情况，及时修正断层区域的结构参数，必要时重新评估断层影响。

3）鉴于冲击地压受多方面因素的影响，在实际开采过程中要根据现场具体情况动态调整冲击危险监测指标和防冲技术参数，做好顺槽超前支护、人员及设备安全防护和限员管理工作。