急倾斜厚煤层中分层开采冲击地压发生机理及防治技术

急倾斜厚煤层中分层开采冲击地压发生机理及防治技术

宋延德,鲁强

山东能源新矿集团内蒙能源长城煤矿有限责任公司  内蒙古鄂尔多斯市 017000

摘要：从目前发展状况来看，全国范围内共有百余个矿井进行急倾斜煤层开采工作，其中，该类型矿井大部分集中在西部区域，比较常见的如新疆乌东煤矿等。通过对相关理论进行研究，并开展大规模的模拟试验、数据测量工作，最终了解急倾斜煤层开采覆岩所具备的破断特征以及结构分布模式等，大部分研究人员将关注重点集中在顶板侧领域，并强调之所以形成了急倾斜煤层矿压的主要原因即是顶板破断运动所导致。基于此，以下对急倾斜厚煤层中分层开采冲击地压发生机理及防治技术进行了探讨，以供参考。

关键词：急倾斜厚煤层；分层开采冲击地压；防治技术

引言

煤柱巷道在频繁被采动情况下，势必出现形态的严重变化，包括形成了支护体失效等问题，因此，对应服务周期会涉及多次返修操作，这样不仅巷道维护成本会大幅度增长，而且整个生产效率也会受到极大不良影响。从根本角度来看，分层开采与常规开采的方式存在很大不同，一般会对煤层进行划分，并按顺序分配开采任务，此种状态下，区段煤柱在分层采动环境中，运动特征变得更为复杂，严重情况也会出现煤柱巷道围岩严重变形等问题，管控难度明显大幅度增长。

1分层开采冲击地压机理

东峡矿地处华亭矿区，构造应力场特征表现十分明显，而主应力方向汇集在N14.2°E~N51°E间，方向与测点处构造形态不会存在显著差异。由此能够判断，东峡矿最大主应力集中在北偏东方向，以回风巷、运输巷走向为主。37221-1工作面对应的踩空以及水平阶段都能够达到良好的主应力释放效果，只是最大主应力释放作用表现并不显著。相关鉴定数据证明，顶板岩层冲击倾向性与底板岩层冲击倾向性并不一致，与顶板岩层进行比较，底板岩层构造应力被保存的概率更高，而且37121-1工作面的底板成为了矿震核心区域，这也体现出底板强构造应力所产生的巨大影响效用。

2急倾斜厚煤层中分层开采冲击地压防治技术措施

2.1工作面注浆加固

注浆的加固一般都是选择复合材料进行。距离工作面十米的位置推进断层破碎带，分别对机头与机尾处实施注浆加固操作，孔深以及孔距位置都是固定的。在前探梁下方五米处进行开孔，保持科学的开角角度，每个单孔注浆量为一吨，工作面要以超前注浆方式进行施工，注浆距离间隔为4.8米，直至打通断层破碎带。不仅如此，如果煤岩体拥有良好的缝隙沟通性能，一般会选择间隔跳孔注浆方法，这样可以最大限度控制串浆现象形成，而且整体施工质量也会得到相应提升；大面积的注浆会优先对外围进行施工，之后处理内部区域；破碎煤柱整体加固则更适合深浅孔搭配的注浆方法;缝隙发育程度较高，最新处理浅部，形成“止浆墙”后在继续延伸至深部，这样不仅能够扩大控制范围，注浆压力也会受到全面保护。

2.2其他防冲击辅助生产方式

之后对401102综采工作面进行处理，由于存在工作面排水问题，所以一定要注意方向控制，不能与401101综采工作面出现明显不同，简单理解即是回采方向要从西到东，途径谢家咀背斜，跨越DF29断层后，最终触碰塬口子向斜。从统计数据中能够看出，5条大巷被冲击的时间、频率等都会呈现一定规律。研究结果证明，褶皱区应力场变化会带有明显的方向性，水平应力会集中在褶皱向斜部分，由于承担巨大风险，褶皱区工作面也会从向斜起逐步过渡到背斜方向。综上所述，回采方向的确定，必须将冲击危险要素考虑其中，确定由东至西的方向，即将塬口子向斜作为入口，经过DF29断层，最终停止于谢家咀背斜，这也是回采的整个顺序。

2.3顺槽中空注浆锚索加固

施工过程采用高强中空注浆方式，选择抗缩性较强的注浆材料，加大注浆压力，进而达到理想的锚注加固效果，我们可以将其理解为“三高一大”锚注体系。该体系通常具备以下几方面特征：第一，围岩性质会得到一定改善，围岩承载力也会明显提升。浆液拓展后会与围岩胶形成一个整体，这样围岩内聚力会明显上涨，岩体强度增大，自身也可以在支护结构系统中发挥一定作用；第二，全长锚固。中空注浆锚索注浆后，在高压环境中，一部分浆液会渗透到周围区域，不仅如此，自身也会形成全长锚固，并与围岩组成完整结构，进而达到预期锚固效果；第三，高预应力锚索。中空注浆锚索索体主要包括两个组成部分，其中，在预应力达到1860MPa情况下，其会产生预应力锚索特征，而大范围的高压注浆，整个锚索预应力会得到保障，而且主动支护能力较强，深部稳定的岩体层在充分发挥潜在作用条件下，巷道变形问题也会得到有效控制。

2.4冲击地压监测

2.4.1钻屑法监测

对工作面前方100m范围内的冲击地压危险区域进行钻屑法检测，检测方法弱冲击危险区域100m范围内孔间距30m，检测周期每隔三天检测一次，中等冲击危险区域100m范围内孔间距20m，检测周期每隔两天检测一次，强冲击危险区域100m范围内也间距10m，检测周期每隔一天检测一次，若检测指标超过临界值时，施工卸压孔进行卸压解危。

2.4.2微震监测系统

采用区域微震监测与局部微震监测，在工作面周围布置了6个微震检波器，形成环状包围，满足工作面回采监测需要。

2.4.3应力在线监测系统

工作面回风巷、运输巷在回采帮冲击地压危险的区段安装应力监测系统，超前工作面300m范围内按照每25m布置一个测站，深孔孔深14m、浅孔孔深8m，对煤体应力实现冲击地压危险区和危险程度的实时监测预报预警。

2.5软弱结构面稳定性分析

顶底板管理阶段内，普遍利用充填矿柱和锚杆加固等方式，避免顶底板出现竖向位置移动。由于实施了巷道掘进施工，巷道周边围岩的应力势必向中心位置进行释放；软弱结构面发育后，直接顶板会导致围岩不具备较高的抗拉强度。而软弱结构面应力状态软化系数持续提升，软弱结构面很容易产生位置移动或者相互分离等现象，因此应当提高支护强度。在采场顶板中与顶部距离4米位置设置水平软弱结构面，进行巷道挖掘工作时，通过多样性方式提高支护阻力，并对不同区域软弱结构面的应力状态软化系数形成全面了解。

2.6急倾斜厚煤层中分层开采冲击地压防治措施

2.6.1冲击地压防治措施

1.顶板深孔预裂爆破

运输巷煤体处于应力集中区和冲击危险区域，对巷道实施煤体卸压爆破，根据工作面应力集中程度与冲击危险性划分，断顶钻孔布置在上帮侧上肩窝位置沿巷道走向打设，孔距为0.5m，孔深分别为20m、21m，与铅垂线夹角由南向北依次为25°、30°，走向间距15m，断顶钻孔施工始终保持超前工作面不小于80m施工，具体根据现场施工后顶板情况确定。

2.底煤卸压爆破

对于留有底煤的巷道进行底煤卸压处理，根据相关规定要求底煤少的采用施工卸压孔或者采用挖沟的方式对底煤进行松动处理，破坏底煤的整体性；底煤厚度大的采用爆破断底的方式进行卸压处理，爆破钻孔施工至底板，两侧爆破钻孔由巷帮偏15~20°向底板施工，中间爆破钻孔垂直于巷道底板施工，一排三孔进行爆破断底卸压。

3.大直径钻孔卸压

对于工作面两巷应力集中区或冲击危险区域实施大直径钻孔卸压，孔径不低于150mm,孔深15m，孔间距按照弱冲击危险区域3m,中等冲击危险区域2m,强冲击危险区域1m,超前工作面施工距离弱冲击危险区域超前工作面不低于200m,中等冲击危险区域超前工作面不低于250m,强冲击危险区域超前工作面不低于350m。

2.6.2冲击地压防治安全技术措施

加强工作面及两巷支护质量管理，确保工作面支架初撑力达到要求；严格执行生产组织通知单规定的推进度，做到均衡生产；加强煤粉监测、应力在线监测、微震系统监测，每天综合分析，保证数据准确可靠，及时预测预报，经分析预测有冲击地压危险时及时卸压解危；加强防冲限员管理，按规定设置限员门，严禁无关人员进入封闭管理区域，作业人员应做好个体防护措施；巷道内所有设备、物料必须集中存放并生根固定；两巷顶板及两帮锚杆、锚索采取防崩措施。

结束语

由于冲击地压力度较强，大巷巷道维护阶段内，顶板关键层的选择以及连续深孔精准爆破操作均十分重要，“近交”的施工难度主要体现在围岩帷幕加固等方面。不仅如此，顺槽巷道的加固与回采方向的确定都会对最终维护方案实施效果产生一定影响。

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