针对沿空煤柱宽度较大区域巷道掘进期间冲击地压防治技术优化

针对沿空煤柱宽度较大区域巷道掘进期间冲击地压防治技术优化

杨彬

河南大有能源股份有限公司常村煤矿防冲科

河南省义马市472300

   摘要：通过对开采条件相当复杂的常村煤矿MZ21020运输顺槽冲击地压原设计方案进行危险性分析后，进一步优化防冲设计，避免在穿越应力集中区时发生安全隐患。MZ21020运输顺槽西帮距21161实际停采线45-64m，巷道受采空区侧向支承压力影响，巷道围岩应力集中、变形量大，冲击危险程度高。为了解决以上几点问题，将采掘工作产生的冲击危险性降到最低，对原设计方案进了大幅优化，解决了原设计方案中对冲击地压地质灾害考虑不足问题，并对冲击地压工作面前期准备工作应注意的相关技术措施进行了分析，为相同条件下的以降低采掘期间冲击危险性及缓解采掘接续紧张为出发点，降低巷道沿空侧悬臂梁效应，转移应力峰值，使巷道处于低应力区，对原设计方案进行优化，加强正头卸压强度，为相似工作面巷道条件的设计提供了一定参考依据。

一、 原冲击地压防治措施

（一）底煤预处理

在MZ21010运输顺槽上段掘进期间，受现场施工条件影响，巷道局部区域留有底煤。根据冲击地压防治要求，对底板留有底煤超过1m的区域需要进行处理。每掘进50m地测科将探底煤通知单报送防冲科存档。

（二）大直径预卸压钻孔施工

正头打设Φ125mm钻孔不少于5个（直至无动力现象后），分两排三花布置，孔间距1m-2m，下排正头两帮卸压孔外扎18°，孔深32m，剩余3个卸压孔顺巷道方向布置，孔深30m，钻孔角度为-3°- -5°，距底板0.5m～1.5m，允许掘进10m，确保超前安全卸压距离不小于20m，执行锁标管理。

巷道两帮钻孔布置东西帮垂直于煤壁打设Φ125mm卸压钻孔，孔间距不大于1m，孔深25m，钻孔角度5°～12°，距底板0.5m～1.5m，滞后掘进迎头距离不大于5m。

二、优化加强措施

（一）断顶爆破

断顶爆破卸压范围为MZ21020运输顺槽413m-562m西侧沿空煤柱段，钻孔布置在掘进正头向西侧及上方施工，成扇形布置，钻孔终孔间距为5m-7m,终孔位置在顶板泥岩20m及西帮25m处，具体参数见表1-1钻孔参数表。

表1‑1钻孔参数表

图1  MZ21020运输顺槽断顶爆破钻孔布置示意图

图1-1  断顶爆破钻孔布置纵向断面示意图

图1-2 断顶爆破钻孔布置横向剖面示意图

图1-3 断顶爆破钻孔布置巷道断面示意图

（二）施工要求 

   MZ21020运输顺槽掘进30m施工一次，使用履带式钻机施工断顶爆破孔，一次施工5个孔。

（三）钻孔装药

1.爆破器材：

（1）炸药：煤矿许用被筒炸药，炸药规格：直径φ=63mm，长L=1000mm，重量M=3.33Kg。

（2）雷管：煤矿许用数码电子雷管。

2.装药结构：采用正向装药结构。

3.起爆方式：全网络并联一次爆破。

4.主要设备、仪器及器材见表2-1。

表2‑1:预裂爆破器材及仪器

5.钻孔深度分别为41m、44m、47m、52m、57m，装药段长度为21m（其中装药长度15m，留设6m间隙），封孔长度不低于20m；使用被筒炸药共15根，单孔总计装药量Q=49.5kg。

三、冲击地压发生主控因素分析

（1）断层构造。断层诱发冲击地压过程可划分为２个阶段：工程扰动激活断层阶段和断层活化诱发冲击阶段。①工程扰动激活断层阶段。巷道掘进至断层构造影响区内时，一方面巷道开挖形成的巷道区集中应力叠加断层区集中应力，从而形成高集中应力，使得主承载区煤体处于较高的集中静载荷水平；另一方面，巷道内掘进、扩修等工程扰动会不断影响断层行为，并激活相对稳定的断层。②断层活化诱发冲击阶段。当断层承受载荷突破活化临界条件后，主承载区较高的集中静载荷叠加断层能量积聚释放的集中动载荷，超过煤岩系统承载能力极限，进而发生冲击启动。（2）煤岩层弱冲击倾向性。（3）大埋深。煤层埋深普遍大于600m，，由此带来较高的垂直应力。在采掘过程中，由于加卸荷作用，导致巷道围岩处于较高的偏应力状态，应力集中程度较高，集中静载荷水平处于高位，冲击危险性显著增强。

四、施工中安全防护措施

1.施工钻孔前要检查钻具是否完好，防治因钻具损坏导致钻杆丢失；钻屑法检测时，人员要把持好钻具，防止电缆或管路缠绕、伤人；铺设的胶织袋或塑料布等应足够大，确保将钻进时所有的煤粉搜集。

2.施工钻孔剪开的金属网必须及时补网，将钻出的煤粉洒水清理。施工大直径卸压钻孔钻出的煤粉必须要装袋运走。

3.在大直径卸压钻孔施工、钻屑法检测过程中，若出现钻杆丢失在煤壁内无法退出时，要在钻杆丢失处挂牌说明。

4.现场所有人员要熟悉冲击地压发生的原因、条件、前兆等基础知识以及需要采取的防治措施，对新工人要进行冲击地压知识培训。

5.进行卸压解危时，为防止诱发冲击，参与解危的人员不超过5，参与解危施工的人员必须按规定使用劳动保护用品。

结束语

优化设计方案通过将宽煤柱区进行整体卸压，有效的避免了应力集中的可能，将原设计方案中无法解决的冲击危险性减到了最低，取得了良好的效果，说明爆破卸压参数合理，爆破成功阻断了巨厚砾岩的应力传播，将巷道围岩集中高地应力转移到了深部煤岩中，改善了巷道围岩应力大环境，确保巷道安全掘进。

参考文献：

[1]潘俊锋．冲击地压启动理论与成套技术［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2016．

[2]潘立友，张立俊，刘先贵  冲击地压预测与防治实用技术［M］.煤，2006（8）：