综放工作面回采巷道防冲击地压技术实践_仝佳.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1工程概况 某矿四水平北 11 层 1- 3 区二段工作面， 位于四 水平中部区二段， 主采 11 煤层， 煤层均厚 6.86m， 平 均倾角为 23， 煤层上方伪顶为细砂岩， 均厚 0.83m， 直接顶为中砂岩， 均厚 9.47m， 基本顶为粗砂岩， 均厚 32.75m， 直接底为细砂岩， 均厚 5.6m； 工作面倾斜长 度为 137m， 走向长度为 530m， 采用综采放顶煤采煤 工艺进行回采作业， 设计采高 2.6m， 该工作面上段为 采空区，工作面与上段采空区间的煤柱宽度为 5～10m。 目前该矿在开采四水平时在 11 层工作面掘进和 回采期间发生 4 次冲击地压， 17- 1 层工作面掘进和 回采期间发生 8 次冲击地压。 根据冲击倾向性的研究 和测定分析， 得出四水平北 11 层 1- 3 区二段工作面 具有强冲击倾向性， 且在运输巷和回风巷转采处最易 发生冲击地压， 故对于工作面的转角区域， 必须进行 有效监测并实施恰当的防冲技术。 2冲击地压监测技术 根据四水平北 11 层 1- 3 区段二段工作面的地质 情况， 对该工作面采用的冲击危险程度预测预报的监 测方法包括 点监测、 局部监测和区域监测， 这三种监 测方法相互配合， 其中区域监测采用 SOS 微震监测， 局部监测采用电磁辐射监测， 定点监测包括巷道围岩 变形量、 支架的工作压力和缩量监测、 钻屑法， 具体工 作面的监测技术体系如图 1 所示。 图 1工作面冲击地压监测技术体系 1 ）SOS 微震监测系统。根据微震拾震器的布置 原则[1-2]， 并结合该矿的巷道布置， 对四水平北 11 层 综放工作面回采巷道防冲击地压技术实践 仝佳 （山西阳泉煤业集团有限公司安监局 ， 山西 阳泉 045000 ） 摘要 为有效防止四水平北 11 层 1-3 区二段工作面回采期间出现冲击地压现象， 通过分析工作面 的地质情况， 结合现有的监测和治理技术， 决定采用点监测、 局部监测和区域监测的形式进行综合监 测， 采用煤层注水， 钻孔卸压和卸压爆破的方式对危险区域进行处理。 结果表明 该监测技术和防冲击 地压技术体系实施后， 工作面的回采期间无冲击地压现象出现。 关键词 冲击地压 ； 综放 ； 卸压 中图分类号 TD324文献标识码 A 文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0083-04 Practice of anti-shock ground pressure technology for mining roadway in fully mechanized caving face TONG Jia （Shanxi Yangquan Coal Industry Group Co., Ltd. Safety Supervision Bureau , Yangquan 045000 ， China ） Abstract In order to effectively prevent the impact of ground pressure during the mining of the second section of the No.1 1-3 in the four-level North, the analysis of the geological conditions of the working face, combined with the existing monitoring and treatment tech- niques, decided to use point monitoring and local monitoring. Comprehensive monitoring is carried out in the of regional monitor- ing, and the dangerous areas are treated by coal seam water injection, drilling pressure relief and pressure relief blasting. The results show that after the implementation of the monitoring technology and the anti-shock pressure technology system, no impact pressure phe- nomenon occurs during the mining of the working face. Key words impact ground pressure; fully mechanized caving; pressure relief 83 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1- 3 区段二段工作面进行有效分区， 依据工作面开切 眼、上下顺槽和停采线为界，在此基础上向外延伸 200m的范围， 在进行有效的分区后， 即可对各参量在 一定时间内的变化规律进行统计分析， 从而对不同地 质、 开采条件下的微震规律进行研究分析， 将研究结 果应用于强矿压危险的监测预警， 在工作面回采期间 通过进行 SOS 微震监测能够有效的反映出工作面回 采过程中的震动分布状态， 从而对有效对工作面矿压 防治区域进行游侠的判断， 同时能够对防治效果进行 有效的检验。 2 ）电磁辐射法监测。在工作面运输顺槽和回风 顺槽的上帮位置处， 对工作面向外 10m～110m的范围 进行监测， 每条巷道布置 12 个监测点， 监测点间的间 距为 10m， 具体电磁辐射监测的方式如图 2 所示。监 测人员应对监测数据及时进行处理， 若发现数据有超 限时应及时采取钻屑法进行校核， 若根据分析结果得 出存在冲击危险时应及时采用措施进行治理。 图 2电磁辐射监测示意图 3 ）钻屑法监测。 在进行该项监测作业时， 应按照 施工要求在回采巷道内的两帮布置监测点， 通过对钻 孔内的每米煤粉量、 打钻过程中有无吸钻、 卡钻、 煤粉 颗粒的变化等情况进行综合分析， 从而有效的确定出 应力的大小， 并对工作面的强冲击矿压的危险程度进 行预估。 3防冲击地压技术 根据相关冲击地压的理论研究可知[3-4]， 通过对煤 岩进行预卸压能够有效的降低发生冲击的概率。 对煤 岩预卸压主要包括煤岩预卸压、 煤层预卸压、 顶板预 卸压三种形式， 其中煤岩预卸压能够有效的提升煤岩 层对震动的衰减系数， 煤层预卸压能够有效的降低煤 层的冲击性能， 提升煤层破坏时的能量， 顶板预卸压 会有效的缩短基本的周期来压步距， 降低震源破坏时 的能量。为了保证工作面转采附近的安全， 提出在工 作面回采前对煤层进行注水、大直径钻孔卸压作业， 在工作面的回采期间对底板和煤体进行卸压爆破， 对 顶板进行深孔爆破， 综合运用这些措施来保证工作面 的安全回采。 3.1回采前防冲击地压预处理措施 3.1.1煤层注水 根据工作面的具体情况，在回采前采取煤层注 水措施， 以此弱化煤体， 降低应力集中， 释放压力， 降 低冲击地压发生的可能性，煤层注水施工时具体包 括三个钻注水孔、注水孔封堵和注水孔注水三项工 序， 当注水孔打设完毕后， 采用风封孔器进行有效封 孔作业。 在工作面超前 200m 的范围外对煤层进行动压 注水作业，具体工作面的动压注水孔的布置参数如 下 在回采巷道煤柱帮侧布置动压注水孔， 设置孔深 20m， 孔间距为 15～20m， 注水孔的直径为 65mm， 对注 水孔距孔口 10m 范围内进行有效的封孔，在对注水 孔进行注水作业时控制注水压力在 8～13MPa， 具体工 作面煤层注水孔布置如图 3 所示。 图 3回采巷道注水钻孔布置位置示意图 当动压注水作业注水满 30h 后，在工作面前方 50～200m的范围内进行静压注水作业， 并在注水过程 中对煤体的含水率进行效果检验， 当煤体内的含水率 达到要求后即可停止注水。 3.1.2大直径钻孔卸压 根据相关理论可知， 工作面前方 100m 的范围内 均会受到超前支承压力的影响， 在超前压力的影响区 域内发生矿压显现的概率较大， 因此应对该区域进行 重点防治， 在回采工作面设备设备安装前， 在工作面 回风巷和运输巷内进行一次大直径钻孔卸压作业， 具 体工作面大直径卸压钻孔的布置参数如下 工作面回风巷内在实体煤侧在距离底板 1.2m的 位置处单排布置卸压钻孔， 设置孔深 15m， 孔间距为 2m， 孔径大于 100mm； 煤柱侧单排布置卸压孔， 设置 孔深 10m、 孔径大于 100mm， 钻孔距离底板的高度为 84 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1.2m。 工作面运输巷实体煤侧的卸压钻孔的布置形式 与回风巷实体煤侧相同，煤柱侧在距离底板高 1.2m 的位置处单排布置钻孔， 钻孔间距 2m， 设置孔深 4m， 孔径大于 100mm。 工作面运输巷和回风巷大直径卸压孔布置形式 如图 4 所示。 图 4大直径钻孔布置位置示意图 3.2回采期间冲击危险治理措施 3.2.1 煤体及底板卸压爆破 在工作面回采期间， 每日均利用电磁辐射结合钻 屑法对工作面进行有效监测， 通过微震、 电磁辐射和 钻屑等监测数据对工作面的危险区域进行有效的划 分， 从而进一步的对应力的集中区域进行卸压爆破处 理， 释放煤体内的弹性能， 在监测数据分析出的危险 区域前后 100m的范围内进行煤体卸压爆破， 煤体卸 压爆破时回风巷和运输巷实体煤帮上垂直与煤帮打 设 10m的钻孔，钻孔直径为 42mm，在钻孔孔底 6m 的范围内装入爆破药卷，在孔口 3～3.5m的范围内用 炮泥进行有效封孔， 卸压爆破孔的间距为 5m。 在工作面回采期间对于底板出现严重底鼓的区 域， 在煤体两帮进行卸压爆破的基础上再进行底板卸 压爆破，在底鼓严重区域前后共 100m 的范围内， 沿 着巷道的中线方向在两回采巷道内打设底板爆破孔， 孔间间距 2m， 钻孔深度在 8～10m 的范围内， 设置钻 孔直径为 42mm， 单孔装药量为 3kg， 运用速凝水泥队 孔口 4m的范围进行封孔作业。 具体监测异常区域的实体煤帮卸压爆破钻孔的 布置位置和底鼓严重区域的底板卸压爆破的钻孔的 布置位置如图 5 所示。 （a ）危险区域煤层卸压爆破钻孔布置 （b）底鼓严重区域卸压钻孔布置形式 图 5卸压钻孔位置和形式示意图 3.2.2顶板深孔爆破 在对工作面回采前和回采过程中采取上述处理 措施之后， 通过各种检测检测手段对卸压区域的卸压 效果进行有效的检验， 若该区域仍存在着较高的冲击 危险性时，则需对危险区域的顶板进行深孔爆破， 对 采空区的悬顶进行有效的处理， 降低煤体内的应力集 中， 从而减小对巷道围岩的矿震动载程度。 顶板进行深孔区域主要为超前工作面 250～300m 的范围和通过监测分析出的危险区域前后各 50m 的 范围内，在进行深孔爆破时设置钻孔直径为 65mm， 在距煤壁约 1.5m的顶板上布置钻孔，钻孔间沿着工 作面的推进方向的间距为 15～20m， 孔深为 30～40m。 3.2.3转采区域加强支护 在保证了巷道的支护强度和支护质量时， 同时还 需保证有一定程度的让压， 让周围围岩体的能量能够 有效的释放，在转采区域加大锚索的直径和长度， 提 升巷道的支护强度， 并对锚杆的支护质量进行有效的 监测。 4防治技术效果 在四水平北 11 层 1- 3 区二段工作面采用上述 防冲击地压的措施后， 并对处理后的危险区域进行 钻屑检验， 根据检验结果知本次设计的防治冲击矿 压的方案体系， 能够对监测分析得出的危险区域进 行有效的解危， 在现场工作面回采期间， 未出现冲 击矿压现象。（下转第 88 页 ） 85 ChaoXing （上接第 85 页 ） 参考文献 [1] 翟明华,姜福兴,齐庆新等.冲击地压分类防治体系研究与 应用[J].煤炭学报,2017,42 （12） 3116- 3124. [2] 姚丽芳. 坚硬顶板工作面冲击地压远近场联合监测预警 技术[J].煤矿安全,2017,48 （09） 100- 103106. [3] 孔令海,邓志刚,梁开山等.深部煤巷顶帮控制防治冲击 地压研究[J].煤炭科学技术,2018,46 （10） 83- 89. [4] 姜福兴,刘烨,刘军,张明等.冲击地压煤层局部保护层开 采的减压机理研究[J].岩土工程学报1- 8. 作者简介 仝佳（1979 年 6 月 -） ,男,汉族， 河南安阳人， 2007 年 7 月毕业于徐州中国矿业大学安全工程专业, 采矿工程师， 现 就职于山西阳泉煤业集团有限公司安监局。 （收稿日期 2019- 3- 18） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 图 4。 a充填体帮水平变形曲线b顶板下沉量曲线 图 4巷道围岩变形曲线 由巷道围岩变形曲线可知， 图 （a ） 为充填体变形 图， 在不同宽度的充填体条件下， 充填体的水平变形 量最大值均在距离顶板 2.1m位置附近取到，煤层厚 度为 3.3m， 即两帮的变形量集中在巷道的中下部； 当 充填体的宽度有 1.0m增加到 1.4m时， 两帮的变形量 显著的减小， 而进一步增加到 1.8m时， 变形量只是略 微的减小； 由图 （b ） 顶板下沉量曲线可以看出， 距离充 填体越远， 顶板下沉量越小， 即在实体煤位置顶板下 沉量最小， 说明充填体只能一定程度上减小顶板的下 沉。当支护体宽度由 1.0m增加为 1.4m时， 顶板下沉 量急剧减小， 继续增加充填体宽度， 下沉量变化不大。 综合考虑在不同支护体宽度下沿空留巷巷道支 护体变形量、顶板下沉量等因素，当充填体宽度为 1.4m时， 进行沿空留巷更加经济合理， 并且巷道断面 满足矿山工作面正常回采的要求， 因此确定巷旁支护 体宽度为 1.4m。 4巷道断面收敛变形量监测与分析 通过对巷道围岩表面位移观测数据分析可知 在 工作面回采过程中， 沿空留巷实体煤帮侧顶底板最大 移进量为 785mm， 充填体侧最大移进量为 595mm， 两 帮的最大移进量为 530mm， 由图 （b ） 可知实体煤帮侧 顶板最大下沉量为 150mm， 充填体侧为 250mm， 即充 填体侧顶板下沉量要大于实煤帮侧。 顶底板移进量主 要是底板鼓起量， 而煤帮侧底板鼓起量要远远大于充 填体侧底板鼓起量， 大概是充填体侧的 1.2 倍。综上 可知， 沿空巷道围岩变形量在可控范围内， 经过卧底 等巷道维护修复措施后可以很好的复用， 满足下个工 作面回采的需求。 （a ）围岩移进量（b）顶板下沉量 图 5巷道围岩表面位移观测结果图 研究选取了巷旁支护体材料以及确定了巷旁支 护体的具体参数。 选择了高水速凝材料浇筑的巷旁充 填体作为巷旁支护体。确定了巷旁充填体水灰比为 1.8∶1； 巷旁支护体宽度为 1.4m。 并通过工程实践、 现 场观测证明其安全可靠。 参考文献 [1] 王卫东.采空区下近距离煤层回采巷道布置优化[J].煤矿 现代化,2018 （06） 1- 3. [2] 陈阳洋. 基于 FLAC3D 数值模拟的巷道支护参数优化及 分析[J].内蒙古煤炭经济,2017 （08） 91115. [3] 叶文登. 庞庄煤矿深部采空区下沿空留巷围岩控制技术 研究[D].中国矿业大学,2016. 作者简介 张建， 男， 1985 年 6 月生， 汉族， 山西省阳高县人， 工程 师， 毕业于太原理工大学机电一体化工程专业， 现为霍州煤 电集团汾河焦煤股份有限公司回坡底煤矿安全科科长。 （收稿日期 2018- 11- 9） 88 ChaoXing