赵振中 吴正海

摘要：为解决矿井开采过程中面临的强冲击地压威胁，崔木煤矿通过多年的探索实践，研究提出了一套强冲击地压特厚煤层综放开采安全防控一体化技术，并在生产过程中从安全性、技术性和经济性方面得到验证，实现了全方位的防治冲击地压灾害发生的目的，保障了矿井安全高效开采，取得了显著的经济和社会效益。

关键词：冲击地压;防控;安全高效

中图分类号：TD324 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0154-03

1概述

陕西永陇能源开发建设有限责任公司崔木煤矿设计生产能力为4.00Mt/a，服务年限为60.0a，采用综采放顶煤走向长壁后退式开采，顶板管理方法为全部垮落法。根据地质报告和3#煤层及顶底板的冲击倾向性参数测试鉴定及评价报告分析，矿井为具有强冲击危险的冲击地压矿井。崔木煤矿回采工作面多次发生冲击动力显现，主要表现为煤炮声巨大、炸帮炸顶严重，巷道变形剧烈、有瞬时底鼓现象发生，给矿井安全生产及职工人身安全带来巨大威胁。因此研究建立特厚煤层综放开采冲击地压防治管控一体化技术体系，对矿井安全高效开采具有重要的意义。

2特厚煤层综放开采冲击地压综合防控一体化技术

崔木煤矿根据能量理论、冲击倾向理论、变形失稳理论、强度弱化减冲机理等理论综合分析，系统研究冲击地压发生的主要力源、积聚过程、破坏形式等因素，并经过近五年的实践探索，逐步构建了一整套有效的冲击地压防控管控“156”技术体系：重点是一个“区域先行、局部跟进”的防冲原则;“五强”防冲技术，即强卸压、强监测、强防护、强支护和强培训;六位一体的“预测评价、监测预警、卸压解危、效果检验、安全防护、全员培训”的综合防治措施。

2.1预测评价

冲击地压危险性预评价包括两方面内容：一是对新揭露煤层或新的开采水平进行冲击倾向性鉴定;二是在此基础上结合地质条件和生产技术条件，采用综合指数法、多因素耦合法、地质动力区划法、工程类比法和数学分析方法，对采掘过程中可能出现冲击地压危险的时期和区域，给出冲击危险性综合评价结果。

2.2监测预警

崔木煤矿采取区域监测手段与局部监测手段互相验证的的监测预警模式，建立冲击地压多参量综合监测预警模型，主要包括：（1）采用钻屑法分析钻孔周边煤体内不同深度应力大小;（2）采用波兰进口SOS微震监测系统分析煤岩体破坏规律及范围;（3）采用KJ21应力在线监测冲击危险区应力积聚变化情况;（4）采用巷道顶板离层观测、巷道变形位移观测和支架初撑力监测;（5）工作面采掘强度监测、地质构造影响监测;（6）在工作面还采用震波CT原理对工作面前方隐伏构造及高应力区分布进行探测。

2.3多級深孔卸压爆破解危技术

根据各采掘头面冲击地压形成机理、影响因素和危险程度不同，采用分源、分级冲击地压防治措施。主要采取“顶板深孔预裂爆破”、“底板大孔径钻孔及爆破卸压”和“巷道帮部大孔径深孔卸压”等综合防冲卸压措施。卸压措施根据施工目的不同可分为两种，一是根据采前危险评价施工的危险区域采前预卸压;二是根据监测预警危险区域的开展动态应急解危卸压。

2.4效果检验

防治效果检验是冲击地压防治的一项重要的程序，检验方法包括：钻屑法、煤体应力计、微震数据分析、钻孔窥视等，经效果检验为安全后，方可生产。

2.5安全防护

常规的支护形式已愈来愈难以应对冲击地压的严重显现，崔木煤矿根据冲击危险评价结果改进优化锚网索支护方案，增强巷道支护强度，提高巷道抗灾能力。同时对冲击危险区域人员出入管理，配备了防冲服和防冲帽，用于发生冲击地压灾害时，降低人员伤亡程度，减小事故灾害程度。

2.6全员培训

坚持开展全员培训制度，对冲击地压分管负责人、防冲机构和防冲队伍专业人员必须参加专业技术培训;对涉及冲击地压防治的部门、采掘区队和井下辅助单位的相关人员，必须进行冲击地压防治知识的普及教育，具备冲击地压防治的基本知识。

3多级深孔卸压爆破解危技术应用

根据《崔木煤矿22304工作面回采期间冲击危险性评价》分别从地质及开采因素进行分析评价，确定22304工作面的冲击危险等级为强冲击危险。另外工作面还将受正断层DF4∠55°H=2.6m及切眼口另一正断层195°∠70°H=0.6m的影响，当工作面向在断层影响区域回采时，容易造成断层滑移失稳，发生错动，从而猛烈释放能量，诱发冲击地压，影响工作面的安全生产。当工作面推至“周期来压”、“见方来压”位置时矿压显现剧烈，顶底板变形量大，此时易发生顶板冒落，是冲击地压的重点防治阶段。为确保工作面安全回采，采取“顶板深孔预裂爆破”、“底板大孔径钻孔及爆破联合卸压”和“巷道帮部大孔径深孔卸压”综合防冲卸压措施。在方案实施过程中，根据现场实际情况的变化并结合冲击地压监测数据分析，对方案设计参数进行合理调整和优化。

3.1顶板深孔预裂爆破

采用顶板深孔预裂爆破有助于降低顶板垮断产生的冲击动载荷。如图2，设计参数为：（1）在22304机巷与措施巷向回采帮顶板施工爆破孔，机巷三个一组，措施巷三个一组，控高约30～45m，A、B组爆破循环步距为20m;（2）在22304机巷沿巷道走向从里向外施工机巷顶板切顶孔，控高30～45m，J组爆破循环步距为10m;（3）在22304措施巷向风巷煤柱帮施工顶板爆破孔，终孔位置覆盖巷道保护轮廓线15m，控高30～45m，F组爆破循环步距为10m。具体参数见表1。

3.2底板大孔径钻孔及爆破联合卸压

22304机、风巷回采期间两帮受力向下传递时，底板煤体成为承载主体，在动压载荷作用下易发生破坏，尤其具有冲击倾向性的底煤本身具备集聚弹性能并发生冲击破坏的特性。因此，针对现场条件，22304机巷采取底板爆破卸压处理，22304风巷采取底板大孔径泄压处理。如图3所示，22304风巷在回采帮和煤柱帮的帮部底角处，按间距3m，垂直于煤帮斜向下60°施工，卸压孔深度施工至煤层底板，孔径Ф133mm;22304机巷在巷道中部按间距3m，垂直底板向下施工底板爆破孔，孔深8m，孔径Ф42mm，装药<3公斤，封孔≥3m。

3.3巷道帮部大孔径深孔卸压

根据现场条件，对22304工作面机、风巷帮部采用大孔径深孔钻孔方式进行卸压。在帮部施工大孔径卸压钻孔，垂直于巷帮布置，水平钻孔，钻孔直径Ф133mm，钻孔深度30m，机巷封孔长度2m，风巷封孔长度3m，钻孔高度1.2m，孔间距3m。钻孔设计参数如表2所示。

4防冲效果分析

在采取综合卸压措施后，工作面日常采用微震法、钻屑法和KJ21应力在线监测等手段进行监测和效果检验。为使效果检验结果具有典型性，本文以工作面推至“见方来压”位置时监测数据进行分析。

如图4所示，根据近10天工作面见方来压期间微震能量变化图看出，工作面每天微震总能量3.12x105J～3.78x106J变化，根据《崔木煤矿微震监测定性定量分析预测预报方法》，评定22304工作面冲击危险危险性为弱和中等。

如图5所示，根据KJ21应力在线监测最大应力变化曲线图看出，最大应力值在0.15-12.1MPa变化，根据崔木煤矿应力预警评价为无冲击危险性。

另外，根据近7天见方来压期间钻屑法监测，22304工作面钻屑量变化远小于钻屑量临界值，说明工作面无冲击危险性。

5结论

（1）采用SOS微震监测、KJ21在线监测等全方位、多层次的现代化冲击地压综合监测系统，做到了及时有效识别出冲击地压危险源，实现冲击地压危险多参量综合预警。

（2）崔木煤矿特厚煤层综放开采冲击地压防治管控一体化技术体系的成功应用，有效降低了煤岩体中的应力和工作面冲击危险性，取得了良好的防治冲击地压效果，为崔木煤矿持续安全高效开采奠定了坚实的基础，对类似条件下矿井安全开采具有重要的推广价值。