张继周

(江苏安全技术职业学院安全工程系)



深井弱冲击倾向性煤岩层防冲实践

张继周

(江苏安全技术职业学院安全工程系)

某矿7447综采工作面超前采取大直径钻孔卸压措施，在回采过程中主要以微震监测、电磁辐射法、钻屑法以及常规矿压观测等方法综合预测为主，若预测指标达到或超过临界值、有异常动力现象时，重新评估并编制专项治理措施进行消冲、解危。通过对该矿74447综采工作面的防冲措施进行详细分析，供类似矿山参考。

冲击地压微震监测电磁辐射监测钻屑法措施

某矿7447综采工作面走向长1 100～1 190m，平均1 150m，倾向长169～175m，平均171m，煤层结构较简单，煤厚1.1～2.5m，平均2.3m，可采储量为57.46万t。7747综采工作面标高-980～-1 080m，地面标高+41.1～+42.0m。在综合考虑安全生产效率、煤质等因素的基础上，确定该工作面采高2.3～2.8m，平均2.6m，采用走向长壁后退式综合机械化采煤工艺，采用MG400/930-WD型采煤机、ZY6000/15/29、ZYG6000/15/29型掩护式液压支架、SGZ800/800型刮板输送机。该矿-1 010m水平7#煤及其顶板属Ⅱ类，为具有弱冲击倾向性的煤岩层，7447综采工作面属弱冲击危险区域，因而有必要对该工作面防冲措施进行研究。

1　冲击危险预测预报

1.1微震监测

当前微震系统的使用已较成熟，微震监测系统中心站执行24h值班制度，当震动事件能量超过1.0×105J时，微震监测人员应立即汇报给微震工程技术人员进行复检，对于确认超过震动能量临界值的微震事件，应及时与微震定位点附近的采掘工作面联系，询问并记录现场矿压显现、动力现象及震动破坏情况，并及时下发微震监测系统预警书。若井下工作面现场有冲击事件发生时，应立即向调度室汇报，由调度室询问井下地点的实际情况并汇报给矿方相关领导，并向集团公司生产技术部汇报，迅速启动冲击地压事故应急预案进行应急救援。当微震系统未发现7447综采工作面及其周边有异常现象时，该工作面可正常生产，当微震系统监测到矿震活动异常(矿震频次增大、大能量震动次数增多等)时，由防冲科向生产单位及防冲工区下达微震监测预警通知，并最迟在24h内对微震监测异常区域采用电磁辐射法进行监测。如无异常，可解除该处预警；若电磁辐射数据仍显示异常，则需根据下列情况采取不同方案：

(1)数据异常区域存在干扰因素(如周围有采区主要动力电缆、电缆群、开关群组、变电所、风机等)，且无法排除时(如某些巷道悬挂有数条主要动力电缆，或异常区域位于变电所附近等，无法全部进行停电处理)。用钻屑法对该区域进行最后的验证，在异常区域煤体内以2～5m间距施工钻屑法预测钻孔，直径42mm，孔深8m(有断层等地质构造致使钻孔深度未及8m便见岩时，应在距原孔不小于1m处重新施工预测钻孔，若仍无法达到8m，则以见岩为止)，方向垂直于煤壁并沿顶板倾向。当整个区域内钻屑总量及粒径大于3mm的块状颗粒量均未超标时，可认为该区域无冲击危险，否则须采取相应的解危措施。

(2)数据异常区域无干扰因素。当确认无其他干扰因素、电磁辐射数据仍显示异常时，可认为该区域内存在冲击危险，并采取相应的解危措施。

1.2电磁辐射监测

采煤面上均匀布置6个电磁辐射测点，材料道和皮带机道超前布设于300m范围内，在回采煤体一侧每隔25m布设一个测点，当两道长度不足300m时，两道各均匀布置10个测点，当两道长度不足100m时，每10m布设一个测点。工作面及其超前300m范围内(当距停采线不足300m时监测两道全长)每4d至少进行一次电磁辐射预测。当微震监测系统未显示7447综采工作面区域范围有异常现象时，应每旬对该工作面超前300m以外可能受到采动干扰的区域进行一次电磁辐射监测，测点按照20m间距布置，预测范围应完全覆盖一般及中等危险区域，并包含外围可能受到采动影响且经常行人运料的地点。随着工作面的推进，当两道后方的一般及中等危险区域逐步处于超前300m范围内时，无需每旬单独对其进行预测，每4d对超前300m范围进行整体预测即可，7447综采工作面区域性电磁辐射监测的测点布置如见图1所示。当监测数据显示异常时，若能够确认无干扰因素，并可直接判定数据异常区域存在冲击危险，则直接进入解危作业阶段；若无法确认已排除了所有受干扰因素，则需用钻屑法对该区域进行验证。在异常区域煤体内以2～5m间距施工钻屑法预测钻孔，直径42mm，孔深8m(有断层地质构造致使钻孔深度未及8m便见岩时，应在距原孔不小于1m处重新施工预测钻孔，若仍无法达到8m，则以见岩为止)，方向垂直于煤壁并沿顶板倾向。当整个区域内钻屑总量及粒径大于3mm的块状颗粒量均未超标时，可认为该区域无冲击危险，否则须采取相应的解危措施。

图1　7447综采面区域电磁辐射测点布设

1.3钻屑法

通过在煤层中打直径42～50mm的钻孔，通过测量排出的煤粉量及粒径大于3mm的块状颗粒量与临界值进行对比，鉴别煤岩层是否具有冲击危险性。钻孔深度对应的临界值见表1。当钻屑总量超过临界值，或块状颗粒超过钻屑总量的1/3，或钻进过程中出现严重卡钻、吸钻、煤炮增多等异常现象时，可判定所测地点具有一定的冲击危险性。

表1　7447综采工作面钻屑量临界值

(1)钻孔施工参数。ZQS-35手持式气动钻机(风煤钻)及配套麻花钻杆和钻头；直径42mm、长1 000mm麻花钻杆；钻头直径42mm；钻孔深度不小于8m(若有断层等地质构造致使钻孔无法达到8m时，应在距原孔不小于1m处重新施工预测钻孔，若仍无法达到8m，则以见岩为止)；钻孔位置为底板向上0.6～1.0m处(有断层等构造时适当调整其高度，使之布置于煤层内)。

(2)钻孔布置。钻孔布置于煤层内，垂直于煤壁、平行于层面。出现断层、构造时，可适当调整钻孔位置。当煤厚小于1m时，可暂不施工钻孔，迎头中间布置一个钻孔，每推进20m，左帮及时进行预测布置一个钻孔，要求靠近迎头处两帮预测孔滞后迎头不超过20m。

(3)预测时间。在配合电磁辐射预测时，进行电磁辐射预测后每推进20m(或3～4d)至少进行一次预测。无电磁辐射预测时工作面推进距离不得超过预测孔长度减去2m后的数值。过应力集中区时应每天进行钻屑法预测。停头期间不进行预测，停头3d以上恢复生产前一个班用钻屑法或电磁辐射法进行预测。当辐射仪发生故障无法正常使用或迎头压力增大动力现象明显时，应每天进行钻屑法预测；当判定有冲击危险时，应每班进行钻屑法预测，直至动力现象基本消失且钻屑量指标连续一周正常后，方可恢复至一般的预测频率。

1.4常规矿压观测

工作面三班验收员、班长以及跟班负责人应对巷道内的矿压进行观测，若发现支架变形及锚杆锚索崩断情况较严重、煤炮频繁、煤壁外鼓、打眼易卡钻吸钻等异常动力现象时，应及时向调度室和防冲科汇报。

2　冲击地压解危措施

2.1超前防治措施

对于中等冲击危险区域，应采取超前防治措施，即未监测到冲击征兆时也在该处采取相关的减弱冲击危险性措施。超前防治措施采取大直径钻孔卸压及高压注水方案。

(1)注水孔参数。设计孔深不小于40m，钻孔直径113mm，封孔长度5m，封孔方式为AB胶或水泥配合1.5寸pvc管路进行封孔，或直接采用胶囊封孔。

(2)注水要求。先用防尘水压力注20min，若注水孔不漏水，周边煤壁、锚杆孔未出水且相邻注水孔也未出水时，使用高压低流量注水泵进行加压，每20min加压0.2MPa，直至压力无法再上升为止。

(3)安全技术措施。在高压注水期间，无关人员应避开注水孔30m以外，若需观察释放孔出水情况时，则应快进快出，严禁正对正在注水的钻孔。若注水期间有严重动力现象发生时(煤炮频繁、煤壁外鼓、片帮掉渣等)，应暂停注水，人员撤离至300m以外，待确认无危险后方可再次施工。

2.2一般性措施

在冲击危险区域施工大直径卸压钻孔，深度达到应力峰值区域。当大直径钻孔施工完毕，仍未达到理想的卸压效果时，在卸压钻孔内进行高压注水，湿润、致裂煤体进一步进行卸压。若仍未达到卸压效果，则采用卸压爆破方法进行解危。

3　结　语

某矿7447综采工作面采取本研究提出的解危措施后，在冲击危险区域每隔10m施工一个预测钻孔，预测孔应尽可能远离卸压孔及注水孔，孔深不小于8m，高度距底板1.0～1.5m，当任一钻孔的每米钻屑量未超过临界值、粒径大于3mm的块状颗粒量未超过总重量的30%，且无明显吸钻、卡钻等异常动力现象时，可认为该区域无冲击危险。

2016-06-01)

张继周(1973—)，男，讲师，221011 江苏省徐州市贾汪区育才路1号。