小煤柱沿空掘巷冲击地压风险防治措施的应用

小煤柱沿空掘巷冲击地压风险防治措施的应用

王刚

中天合创能源有限责任公司门克庆煤矿 内蒙古 鄂尔多斯市 017000

摘 要：近年来，随着全国各矿区矿井开采深度逐渐加深，开采强度不断加大，冲击地压已成为煤矿安全生产的重大灾害之一，严重威胁矿井的安全生产，受到社会各界的广泛关注。为切实做好冲击地压风险防治工作，杜绝或减少冲击地压事故，在中厚煤层推广沿空掘巷，留设窄小煤柱，对于避免支承压力峰值带，减小巷道围岩变形量，降低冲击地压风险，提高煤炭回收率，提高经济效益以及安全生产具有积极的意义^[1]。本文以中天合创所属门克庆煤矿小煤柱沿空掘巷冲击地压风险防治措施为研究对象，实施了多种有效的防治措施，取得了较好的效果，保证了矿井安全生产。

关键词：小煤柱；沿空掘巷；冲击地压；风险管控

1 引言

冲击地压是煤矿井巷或工作面周围煤岩体由于弹性变形能的突然瞬时释放而产生剧烈破坏的动力现象，其具有突发性、复杂性、多样性和巨大的破坏性。发生冲击地压一般都是因为在采掘活动过程中，围岩强度适应不了集中的过高应力而突发的失稳破坏，它会对开挖的工作面造成严重的破坏，还会对设备造成一定程度的损坏，甚至会造成严重的人员伤亡，对矿井开采工作造成难以估量的损伤^[2]。中天合创所属门克庆煤矿通过调整盘区设计，由原设计的顺序开采，调整为多盘区跳采接续，将工作面煤柱留设由原来的35米减小为6米，通过施工第一个“小煤柱”掘进工作面，各项防冲管理措施趋于成熟和持续落实，冲击地压风险得到较好的管控，安全效益持续提升，为相似条件下小煤柱沿空掘巷防冲管理积累了经验。

2 矿井及工作面概括

2.1 矿井及煤层概括

矿井核定生产能力800万吨/年，井田面积约88.63km²，可采储量15.10亿吨。首采煤层为3-1煤层，标高595～625m，可采厚度1.41～6.17m，平均4.42m。该煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2层夹矸，层位稳定，顶板岩性以粉砂岩为主，其次为砂质泥岩、粉砂岩；底板岩性多为砂质泥岩及粉砂岩；总体构造形态为一向西倾斜的单斜构造，地层倾角-2°～3°，地质构造类型属简单类型。经鉴定与评价，3-1煤层具有强冲击倾向性，顶底板为弱冲击倾向性；3-1煤掘进工作面具有中等冲击危险性。

2.2 工作面概括

小煤柱沿空掘巷为3-1煤11-3106回风巷掘进工作面，北侧为11-3104工作面采空区，南侧为11-3106工作面带式输送机巷，东侧为3-1煤南翼辅运大巷，西侧为南翼泄水巷与11-3102工作面，沿11-3104工作面采空区由西向东掘进，巷道设计全长3094m，矩形断面，规格为5400×4200mm，断面22.68㎡，采用锚、网、索、钢带联合支护方式，掘锚一体机、连运一号车、胶带运输机配合完成掘进工作面掘、装、运、支生产工序。

3 小煤柱沿空掘巷冲击地压防治措施

3.1 评价设计先行

巷道掘进前，充分考虑掘进期间冲击地压风险主要受坚硬顶板、煤层物理力学性质及巷道交叉、动载扰动等因素影响，对巷道掘进期间的冲击危险性进行全面的评价，结合评价结果进行了冲击危险区域的划分，根据载荷增量的划分结果将11-3106工作面回风巷掘进期间划分出不同的冲击危险区域，结合划分结果有针对性的开展了工作面防冲设计，从整体上对巷道掘进可能存在的冲击风险进行管控。

3.2 强化支护设计

采用“柔性锚杆厚层+锚索强化层”全断面高强度支护技术，顶部支护采用Ф21.8×4300mm锚索支护，间距从左至右依次为：650mm-1057mm-1986mm-1057mm-650mm，排距1000mm，每隔两排锚索施工4根Φ21.8×7300mm的锚索，间距与锚索一致，排距3000mm。煤柱侧锚杆使用φ22×2500mm左旋螺纹钢锚杆进行支护，锚杆施工间排距为900×1000mm，每排5根，锚杆孔深2700mm，每排布置2根φ21.8×4300mm锚索，替换每排第二、第四根锚杆，间排距1800×1000mm，距顶1200mm。打设角度为45°。回采侧锚杆使用φ22×2500mm左旋螺纹钢锚杆进行支护，锚杆施工间排距为900×1000mm，每排5根，锚杆孔深2400mm，回采帮每排布置2根φ21.8×4300mm锚索，隔排替换第二、第四根锚杆，间排距1800×2000mm，距顶1200mm，打设角度为45°。另根据预测预报、系统监测及现场实际情况，及时调整支护参数，确保满足安全生产要求。

3.3 区域局部监测

（1）区域监测采用ARAMIS微震监测系统进行监测，在工作面迎头200~300m范围内设置微震监测探头，在周边布置拾振器，随着工作面的推进度及时挪移探头或拾振器，通过记录掘进过程中煤岩体破裂破断及震动所释放的能量，分析确定震动传播的方向，对震源位置进行准确定位和能量计算，并在此基础上，对掘进期间微震活动进行分析和预测。

（2）局部监测采用KJ743煤体应力在线监测，在掘进工作面迎头后方每隔30m安装一组应力计的布置方式，按深浅孔布置，每组布置两个测点，安装深度9m、15m，安装高度为距离底板1.2～1.5m，安装在巷道的回采帮，对掘进迎头后方200m的实体煤侧进行应力监测。并辅助电磁辐射监测、钻屑法、顶板离层仪监测、锚索测力计监测，将各项子系统数据集合到综合预警平台，全面对巷道掘进过程中的矿压活动进行监测和分析，确保异常情况能提前预测。

3.4 卸压措施跟进

（1）切顶预裂：11-3104工作面回采前，在11-3104主运顺槽开展了切顶预裂爆破，为3106回风巷沿空掘巷提前创造卸压条件。卸压参数：钻孔深度30m，孔间距8m，倾角60°，孔径75mm，沿巷道走向布置。

（2）掘进迎头超前预卸压：由于受掘锚工艺的限制，掘进工作面迎头范围超前预卸压难以开展，通过现场实测在掘锚机尾部与连运一号车中间存在施工超前卸压孔的空间条件，设计施工倾斜煤层钻孔，在实体煤帮通过施工小角度的超前大直径卸压钻孔来实现掘锚机身单侧帮部超前卸压。

（3）帮部大直径卸压：在迎头后方施工帮部大直径卸压钻孔持续紧跟掘锚机材料架，确保迎头后方压力及时释放，避免出现应力集中现象。钻孔参数：孔深20m，孔间距2m，孔径150mm，垂直于巷帮布置。

3.5 防护措施到位

锚杆、锚索托盘及锁具从巷道开口即采取防崩固定措施，用铁丝全部固定在网片上；巷道帮部管路每6m施工一个横向固定用的工字钢，将所有管路固定在巷帮；在掘锚机机身上加工机载工具箱，将所有临时物料工具随时装入工具箱内；巷道迎头200m范围内小件物料全部装入材料架工具箱内，网片、锚索等物料上架并用钢丝绳捆绑固定在巷帮；严格执行“人员准入”，在巷道迎头向外200m处应设置安全警戒，由专人负责警戒，进出人员必须进行登记、销号，严格执行“人员准入制度”，并在管理站设置了语音提示器；所有进入警戒线内的人员，均按规定穿戴防冲服、防冲帽等个体防护用品，并系好带扣或绑牢.

4 防治效果

在冲击地压煤层,采用留窄煤柱沿空掘巷布置巷道，通过采取评价划分冲击危险区域、强化巷道支护设计、区域局部综合监测、切顶预裂、煤层大直径卸压、防护措施落实等手段，达到了预期效果：①实现了日平均进尺10m，月平均进尺300m；②各项监测系统稳定运行，数据真实有效，能够及时准确的反映工作面的动压情况；③采取卸压措施后巷道片帮明显改善，煤体应力有了释放的空间，煤炮声的强度和频次较未施工前有了明显的降低；④掘进工作面未发生过冲击地压显现和事故。已初步形成相对成熟和稳定的小煤柱沿空掘巷防冲管理经验，为后续其它小煤柱沿空掘巷冲击地压防治提供了借鉴方案。

参考文献：

[1]田振江.沿空掘巷及防治冲击地压措施的应用[J].陕西煤炭,2014(01).

[2]吴敏,马玲玲.浅谈煤矿冲击地压的机理及防治措施[J].理论研究 ,2012(11).