倾斜中厚煤层掘进工作面冲击地压防治研究

倾斜中厚煤层掘进工作面冲击地压防治研究

张博 崔藏昆 李世达

山东李楼煤业有限公司 274700

摘要：本文以某煤矿三水平北21层三四区一段切眼掘进冲击地压为背景，分析了上层煤遗留煤柱与该工作面宽区段煤柱叠加诱发掘进工作面冲击地压的机理，提出了工作面恢复生产的冲击地压监测预警及卸压解危方案，现场监测结果表明，制定的冲击地压防治方案效果较好，有效保障了事故掘进工作面的安全复产。

关键词：坚硬顶板；掘进工作面；煤柱；高应力

为有效防治倾斜中厚煤层冲击地压灾害，国内外学者对冲击地压发生机理和防治技术进行了大量而深入的研究，严重的冲击地压矿区可以看出，除普遍存在的开采布局不合理造成应力集中诱发的冲击地压以外，冲击地压显现严重性还与区域性的地层结构、煤岩层赋存特点有密切关系。

1工作面简介

三水平北三四区21层三四区一段切眼上部标高-224.2，下部标高-303.25，设计走向长度1637m，长度169m，倾角31°，煤厚3.4m。切眼断面12.4m2，净高3.1m，净宽4.0m，采用锚网索支护。煤层直接顶为13m的灰白色细砂岩，老顶为60m的灰白色中砂岩，底板为8.5m的灰色粉砂岩。

2冲击机理分析

2.1掘进工作面周围煤柱分布情况

根据三水平三四区北21层一段工作面同层煤及上、下层煤开采情况分析，切眼周围存在3块对其影响较大的煤柱，分别为切眼与北部同层煤采空区之间的15m煤柱；切眼北部13.9～31.2m的二水平北三四区17层二段对采煤柱；切眼向南101m，回风道向下15m至回风道向下32m的二水平北三四区17层一段和二水平北三四区17层二段阶段煤柱。

2.2切眼冲击地压发生机理

综合分析，此次事故是外力场与内力场的共同作用。17层煤遗留煤柱集中应力为主、区段煤柱应力-自重应力-相邻采动应力、构造应力为辅形成的内、外力场为冲击地压事故的发生提供“力源”。该切眼卸压强度和支护强度不足，形成“弱结构”。在内、外应力场的耦合叠加作用下，切眼附近形成高应力场，在高应力场的作用下，“弱结构”失稳造成冲击。

3切眼恢复生产防冲方案

3.1监测预警方案

三水平北三四区21层一段切眼掘进工作面按强冲击危险工作面进行管理，切眼恢复和掘进期间主要采用SOS微震监测系统、KJ550应力在线监测系统进行监测，当监测数值超过警戒值时，采用钻屑法进行检验，如检验超过临界值时立即进行解危卸压，确认无冲击危险再恢复生产。

3.1.1SOS微震监测方案

三水平北21层一段切眼附近共安装9个拾震仪，对掘进工作面进行监测，鉴于该工作面发生8.22E+04J震动事件时发生冲击地压事故，该面预警值定为8.0E+03J。

3.1.2KJ550应力在线监测方案

三水平北21层一段开切眼安装一套应力在线监测系统，回风道安装在下帮，组间距25m，每组两个应力计，深度分别为6m、11m；切眼应力计安装在软、硬帮煤体中，组间距25m，硬帮安装2个，深度分别为6m、11m，软帮安装1个，深度8m，随着工作面向前推进及时安设，实时对工作面超前影响区进行监测。切眼掘进工作面初始安装值定在6MPa，临界值定在8MPa。切眼恢复时，一组及以上红色预警停产、卸压，两组及以上黄色预警+钻屑量超限或动压明显时停产、卸压。

3.2防冲卸压方案

3.2.1回风道应力探查

回风道启闭后，首先对回风道两帮进行应力探测，共施工19个钻孔，其中上帮施工12个，长度12m；下帮施工7个，长度15m。经过探查无冲击危险，由掘进队对回风道进行维修维护。

3.2.2切眼冲击段恢复方案

切眼恢复时，在恢复迎头及迎头后部每天在软、硬帮各施工一个探测钻孔，迎头后部探测钻孔滞后工作面6m。迎头探测钻孔长度12m（软帮探测钻孔距采空区2～3m），与巷道夹角成45°，如无动力现象、煤粉量不超，此孔不进行爆破，有动力现象进行爆破卸压。后部硬帮探测钻孔孔深25m，软帮探测钻孔孔深10m，垂直巷道两帮施工，钻孔施工完后，装3kg火药进行爆破卸压。

3.2.3实体煤段巷道卸压掘进方案

为保证掘进安全，恢复至实体煤段后，先对煤体进行大孔径钻孔卸压，钻孔按扇形布置7个钻孔，对实体煤段全面卸压；卸压后采用边恢复边治理方式进行施工，每掘进1.5m对两帮及迎头卸压一次，保证新掘巷道和将要掘进巷道在能够保证生产的安全区域。

（1）两帮卸压。

在巷道两帮每1.5m施工一个钻孔，垂直两帮施工，孔径Φ113mm，硬帮钻孔孔深25m，软帮钻孔12m。

（2）超前探测钻孔。

软、硬帮超前探测钻孔长度10m，方位与硬帮夹角45°（终孔在巷道巷道轮廓线测7m），如无动力现象不进行爆破，如有动力现象，装3kg火药进行爆破卸压。

3.2.4下部切眼恢复卸压方案

下部切眼恢复卸压方案与上部切眼恢复卸压方案一致。

3.3现场监测结果

本着安全第一的原则，严格按防治方案施工，恢复和掘进期间微震SOS监测系统共接收震动653个，总能量5.3E+4J，其中四次方震动1次，三次震动1次，最大能量4.9E+4J，四次方震动发生在距切眼257m采空区侧，分析认为经过卸压和恢复，导致采空区深部顶板活动。切眼恢复和掘进期间施工各类钻孔329个，延绵5562m，恢复至安装结束，工作面未有矿压显现，保证了安全生产。

4结语

该煤矿为多煤层联合开采，为集团冲击地压灾害最严重的矿井，三水平北21层三四区一段恢复生产及安全开采为集团公司中厚煤层冲击地压防治提供了借鉴作用，多数成果可以推广应用。

参考文献

[1]赵志强，马念杰，郭晓菲，等.煤层巷道蝶型冲击地压发生机理猜想[J].煤炭学报，2016，41(11):2689-2697.

[2]胡社荣，彭纪超，黄灿，等.千米以上深矿井开采研究现状与进展[J].中国矿业，2011，20(7):105-110.

[3]姜福兴，史先锋，王存文，等.高应力区分层开采冲击地压事故发生机理研究[J].岩土工程学报，2015，37(6):1123-1131.

[4]孙锦华.倾斜中厚煤层掘进工作面冲击地压防治研究[J].煤科技资讯，2019，17(20):34-35.

[5]齐庆新，李晓璐，赵善坤.煤矿冲击地压应力控制理论与实践[J].煤炭科学技术，2013，41(6):1-5.

[6]欧阳振华.煤矿冲击地压区域应力控制技术[J].煤炭科学技术，2016，44(7):146-152.

[7]刘金海，孙浩，田昭军，等.巷帮深孔卸压诱发底板冲击失稳的力学机制[J].湖南科技大学学报(自然科学版)，2019，34(1):14-20.

[8]许胜铭，李松营，李德翔，等.义马煤田冲击地压发生的地质规律[J].煤炭学报，2015，40(9):2015-2020.

[9]韩军.煤矿冲击地压地质动力环境研究[J].煤炭科学技术，2016，44(6):83-88.