曹允钦 魏振全 沈 伟

(山东能源枣矿集团田陈煤矿，山东省滕州市，277523)

田陈煤矿位于滕南矿区南部，井田内地势东北高西南低，地面标高＋54.98～＋35.11m。随着开采深度的不断延伸，北七采区开采深度已达到800m，采区煤层平均厚度6.5m，上覆顶板为80m厚的中细砂岩和53.5m厚的砾岩是诱发冲击地压和矿震的主要动力源，采掘过程中煤炮频繁，矿压显现明显。解决深部支护难题和有效防范冲击地压灾害成为田陈煤矿面临的新课题。为提高冲击地压防治水平，田陈煤矿提出了震动场、应力场一体化的冲击地压监测技术及分区治理思路，构建了联合监测冲击地压的平台，通过采用煤层大直径钻孔防冲技术，有效降低了工作面冲击危险程度。

1 工作面概况

3下7110工作面位于北区西翼下山右翼，标高-673～-740m，平均标高-720m，工作面东侧为7-15断层，与3下7108综放工作面采空区毗邻，西侧为7-14断层，切眼与金庄井田毗邻，3下7110综放工作面平面位置如图1所示。

图1 3下7110综放工作面平面位置示意图

3下7110工作面煤层赋存较稳定，煤层厚3.5～9.0m，煤层大部分含1层0～0.5m泥岩夹矸，受左侧较大断层影响，煤层局部破碎、节理裂隙较发育。煤层顶底板条件均为Ⅱ类。基本顶为厚66～100m的中、细砂岩，普氏硬度系数为8～12；直接顶为0.1～4.0m的粉砂质泥岩，普氏硬度系数为3～4；直接底为2.5～3.8m的粉砂质泥岩，煤层底板有0.2m炭质泥岩，普氏硬度系数为3～4；基本底为20～35m的细砂岩，普氏硬度系数为6～8。

2 监测预警平台

田陈煤矿为研究冲击地压发生征兆，探明采动影响下应力变化与微震变化规律，指导制定防冲措施，特别在3下7110工作面安装了KJ21煤体应力在线监测系统、ARA MIS m／E微震监测系统。

根据工作面冲击危险区域及程度划分结果，结合KJ21煤体应力在线监测系统特点及工作面地质构造发育情况，3下7110综放工作面运输巷重点监测工作面初次来压、一次见方、二次见方及工作面周边情况，考虑工作面运输巷侧未进行采掘活动，主要采取一般观察，布置三组应力监测测点收集数据；3下7110综放工作面轨道巷距离底板0.8～1.5m高度每30m布置一组测点，监测距离超前工作面200m处。每组测点布置2个KSE-Ⅱ-1钻孔应力计，1个应力计水平埋设在巷道帮煤体深度7m处，另1个应力计水平埋设到巷道帮煤体深度15m处。

通过对多个应力曲线总结，工作面超前支承压力影响范围在超前工作面35～45m之间，峰值在超前工作面10～15m，持续影响距离14～18m，工作面前采动影响距离130～150m。矿压显现主要集中在工作面初次来压、周期来压、过联络巷、末采期间及中间巷附近，主要表现为顶板下沉、巷道大变形、煤炮增加、锚杆锚索崩断。

结合ARA MIS m／E微震监测系统特点及3下7110工作面布置方式，重点观测轨道巷走向长度320～560m周边区域 (见图1)，设计在轨道巷走向长度410m、570m，运输巷走向长度410m、880m、1120m，西翼轨道下山位置安装6个微震监控探头。

3下7110综放工作面实行 “四六制”作业，中班检修，早班、晚班、夜班均为生产。对能量事件按照班次进行统计分析，将事件按照能量大小分为大能量事件 (能量在104J以上事件为大能量事件)和小能量事件 (能量在104J以下事件为小能量事件)，只有大能量事件才可能诱发冲击灾害。在3下7110综放工作面对大能量事件和小能量事件进行了统计，统计结果如表1所示。

表1 大能量事件和小能量事件统计结果 次

从班次来看，大能量事件主要集中在生产班，小能量事件基本持平，无明显差异。说明工作面采动过程中容易诱发冲击危险。对检修班45次大能量事件进行统计分析，前2h共有事件19次，总能量大小为4.3×107J，后4h共有事件26次，总能量大小为2.0×107J。

从微震事件发生时间段来看，大能量事件主要集中在生产班与生产班结束之后2h内，说明这一时间段冲击危险程度较高，工作面生产期间必须实行限员管理，除必要岗点外一律不准入内，生产任务结束后需封闭工作面2h再进行工作面检修作业。

从微震事件发生标高来看，微震事件发生高度集中在-673～-740m标高，以10月7日-10月10日59次微震事件为例，根据统计结果顶板事件占56%，煤层事件占20%，底板事件占24%；顶板事件距离最大者为距切眼306m处，距离煤层44m，说明上覆高位岩层依然未发生断裂；底板事件距离最大者为距切眼622m处，距离煤层33m。

统计结果表明，微震事件分布范围广，多集中在地质构造带，说明微震时间不一定是受超前支承应力影响发生的，更多的是地质构造受采掘活动影响活化重新达到应力平衡的过程中产生的；从微震事件发生位置分析，冲击地压不一定发生在工作面超前支承应力范围内，还有可能发生在地质构造等应力集中区，进行采掘活动时过地质构造带及煤层赋存变化带要引起高度重视。

3 卸压解危方案

3.1 强支护

轨道巷采用锚网梯 (带)索支护作为顶板永久支护，即顶部打设4根高强预应力让压锚杆，锚杆间排距为1000mm×900mm，铺挂钢筋网及钢筋梯 (W钢带)，在煤层顶板或顶板破碎段每隔三排距离在巷中打设1根锚索；两帮部各打设4根普通树脂锚杆，挂铁丝网配钢筋梯，其间排距为1000mm×900mm。顶板锚杆规格为∅20mm×2400mm，帮部锚杆规格为∅18mm×2000mm，顶板钢筋梯规格为4000mm×70mm，W钢带规格为4000mm×275mm×2.75mm，锚索规格为∅17.8mm的钢绞线，其长度以其能锚入硬岩的深度不小于1.5m为准，两帮钢筋梯规格为3100mm×70mm，钢筋网规格为3400mm×1070mm，帮部铁丝网规格为6000mm×1600mm。断面形状不规则，巷道净宽为3.8m、净高为3.2m，净面积12.16m2。

工作面安装9000-23／50型支撑掩护式液压支架对顶板进行支护，采用全部垮落法处理采空区顶板。最小控顶距5.05m，最大控顶距5.85m。

轨道巷超前支护采用单体液压支柱配合HDJB-1000型铰接顶梁支护，三排支护长度不小于60m，柱距为1m (误差±0.1m)，每根单体液压支柱必须穿∅400mm铁鞋，拴齐防倒绳或防倒杆。单体液压支柱防倒绳不少于两道，防倒绳拴在单体液压支柱的中上部。

机尾无液压支架地段采用单体液压支柱配合铰接顶梁支护。当刮板输送机机尾伸出支架超过0.5m时，必须在其上方架设4.4m长的π型钢棚支护顶板。π型钢棚必须成对使用，一梁三柱，交替迈步前移，正巷第一棚与液压支架间距不大于0.5m，两根π型钢棚之间间距不大于0.3m。工作面两端头必须留下宽度不小于0.8m、高度不小于1.8m的安全出口。

3.2 强卸压

冲击地压卸压解危处理方法主要有顶板预裂、卸压钻孔及爆破卸压等方法，根据田陈煤矿实际情况，最有效方法就是采取大孔径卸压钻孔进行卸压，通过实施大直径钻孔，煤体积聚能量高的地方将发生孔内冲击，排出大量煤粉，钻孔周围将形成一定破碎区，破碎区相互连接后将造成巷道一定深度围岩发生结构性破坏，形成一个弱化带，引起巷道周边围岩内的高应力向深部转移，从而使巷道周边附近围岩处于低应力区，当发生冲击时，一方面大直径钻孔的空间能够吸收冲出的煤粉，防止煤体冲出，另一方面卸压区内顶底板的闭合产生楔形阻力带，能够一定程度阻止煤体冲出。

采煤工作面卸压钻孔布置巷道靠工作面侧，钻孔仰角沿煤层布置，孔口距底板1.0～1.5m；孔径∅110mm，孔深25m，间距2m，监测到高度冲击危险时需要调整卸压钻孔密度。

3.3 卸压效果

通过微震发生位置进行对比可以看出，微震事件逐渐远离巷道帮部，向煤层深部转移，将应力集中区限定到工作面内部，避免了诱发巷道冲击。

根据2013年9月10-9月17日微震观测结果，预测运输巷走向长度400～430m处受巷道开挖与7-15断层影响形成的地质孤岛煤柱应力集中，微震事件频发，属于薄弱区段，容易出现微震事件诱发煤柱煤体冲出或大面积片帮，安全隐患大。钻孔卸压前微震事件投影见图2。

图2 钻孔卸压前微震事件平面投影图

针对上述问题，9月18日-9月20日在该区域组织施工卸压钻孔，钻孔深度以在施工过程中钻进到岩层为准，孔口高度0.5～1.5m，钻孔直径110mm，孔间距3m。

实际施工过程中以400～425m范围为界，每3m使用气动钻机施工1个卸压钻孔，钻杆直径69mm，钻头直径110mm，成孔直径达到120 mm，累计施工卸压钻孔8个，深度都已见岩层200mm为准，平均深度8m。

图3 钻孔卸压后微震事件平面投影图

施工卸压钻孔后，对9月21-9月28日微震观测结果进行分析，钻孔卸压后微震事件平面投影见图3。由图3中可以明显看出微震事件次数明显减少，能量明显减弱， 维修成本高、影响安全生产等缺点，极大地减轻工人的劳动强度，与U形钢可缩性拱形支架相比成本有了很大地降低，在同类型的巷道加固中具有很高的推广价值。

[1]李铭.锚网喷、锚索联合支护在深部矿井巷道中的应用[J].中国煤炭，2013 (3)

[2]王琦，李海燕，江贝等.深部厚顶煤巷道高预应力锚索梁支护优化技术研究[J].中国煤炭，2012(1)

[3]韦玉沛.穿煤层、松软岩层巷道及交岔点的锚网(索)喷联合支护[J].中国煤炭，2006(7)

[4]高金标.锚网喷＋锚索联合支护在穿煤层石门中的应用[J].山东煤炭科技，2009(3)

[5]康红普，王金华等.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:煤炭工业出版社，2007

[6]赵书卿，曲金春.偃龙矿区 “三软”煤层支护技术[J].中州煤炭，2009 (8)

[7]于远祥.矩形巷道围岩变形破坏机理及在王村矿的应用研究[D].西安科技大学，2013