王 振

（中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司，陕西 西安 710075）

随着矿井开采深度的增加和地质条件的复杂，冲击地压已经成为我国矿井面临最严峻的动力灾害之一[1～3]。冲击地压瞬间释放巨大的弹性能，不仅会造成井下设备的损害，严重情况下还会造成人员的伤亡[3]。近距离煤层群开采条件下冲击地压的预测和防治更是一项难题，上煤层开采后残留的区段煤柱及一侧采空的煤体在底板形成的集中应力，会使下煤层回采时面临复杂的应力环境，在采动影响下容易发生冲击地压[4～6]。因此，通过分析上下煤层群开采时冲击地压显现规律，研究冲击冲击预测和防治技术，保证矿井的安全回采。

1 地质概况

漳平矿2煤和4煤层属于近距离煤层，煤层间距20m，上煤层2煤四采区4202工作面和下煤层4煤四采区4401工作面是该矿首个近距离联合开采工作面。2煤层平均倾角32°，煤层平均厚度2.5m。4煤层平均倾角26°，煤层平均厚度1.9m。4401工作面进行巷道掘进时，其上部2煤层4202工作面正进行回采工作，二者落差在20m左右。

2 近距离煤层不同位置关系数值模拟

2.1 模拟方案

采用RFPA模拟不同错距下2煤4202工作面和4煤4401工作面回风巷掘进同采时变形破坏情况，得出上下煤层开采合理错距。根据矿井岩层性质设定模型参数，建立长宽高=291mm×300mm×53mm模型，其岩层力学参数见表1。

表1 模型岩层力学参数表

2.2 模拟结果分析

通过RFPA模拟得到2煤和4煤不同错距情况下开采主应力图，如图1所示。

图1 上下煤层不同错距主应力图

由图1可知，随着上下煤层之间距离的减小，下煤层4401工作面回风巷迎头及两帮所承受的应力逐渐增加，巷道在高应力的作用下变形破坏情况也趋于严重。当上煤层4202工作面距下煤层4401工作面回风巷迎头110m时，巷道受上煤层工作面回采影响小，巷道迎头区域承受应力小，围岩基本没有发生位移变形。当上煤层工作面距下煤层巷道迎头距离小于110时，巷道迎头及两帮开始出现应力集中，围岩开始出现位移变形，二者距离减小至80m时，应力显现明显，围岩变形量达到7～8mm。根据模拟以及矿井实际条件分析可知，上下煤层同采时合理错距大于100m时，下煤层巷道掘进受上煤层工作面回采影响较小。

3 冲击地压危险区域划分

3.1 4401回风巷掘进冲击地压危险区域

4401工作面回风巷地质条件简单，巷道掘进期间主要受到上煤层4202工作面回采的影响，巷道掘进期间共划分三个危险区域，见表2。

表2 4401工作面回风巷掘进期间冲击地压危险区域

表3 4202工作面回采冲击危险区域

3.2 4202工作面回采冲击地压危险区域

4202工作面地质条件简单，回采期间主要受断层、初压与见方影响，共划分五个危险区域，如表3所示。

4 冲击地压防治技术

4.1 掘进期间冲击地压防治技术

4401工作面回风巷冲击地压采用“分段式”防治措施，分别根据不同冲击危险区域制订最优的防治措施。

1）Ⅰ区域。

巷道掘进期间Ⅰ区域、Ⅱ区域都会受到2煤工作面回采超前支承压力的影响，容易形成应力集中。因此，通过煤层注水的方式软化煤层，避免应力在该区域的集中。

Ⅰ区域、Ⅱ区域采用煤层注水防治冲击地压，分别在巷道两侧布置注水钻孔，两侧孔深分别为20m、15m，孔径Φ56mm，间距10m，平行布置，初设注水压力不小于5MPa。

2）Ⅱ区域。

Ⅱ区域虽然已经采用煤层注水卸压，但是随着2煤4202工作面回采，巷道迎头受到动压威胁较大，因此，在注水卸压后还需要采用钻孔爆破方式进一步卸压，保证巷道掘进安全。

巷道迎头采用扇形循环爆破，迎头前部依次布置3个爆破钻孔，孔深10m，间距0.5m，孔径Φ42mm，钻孔斜向上45°；迎头后路每隔3m打10m深钻孔，钻孔斜向上3°～5°，钻孔距离地板1.2m，装药量为1/3～1/2，钻孔布置示意图如图2所示。图中，A1为迎头前部爆破区域，A2为迎头后路爆破区域。

图2 4401回风巷迎头爆破卸压示意图

3）Ⅲ区域。

Ⅲ区域受断层影响有发生冲击的危险性，但是由于2煤的回采使得该区域危险等级为弱冲击，在该区域采用大直径钻孔的方式进行卸压。

Ⅲ区域采用大直径钻孔的措施进行卸压，钻孔深度为20m，间距2m，孔径Φ110mm，钻孔距离地板1.2m。每5个钻孔为一组，每组钻孔间距为5m。

4.2 回采期间冲击地压防治

4202工作面回采期间冲击危险区域采用大直径钻孔和匀速慢推的方式进行卸压。大直径钻孔参数与4401工作面回风巷Ⅲ区域钻孔参数一致。工作面回采至距巷道迎头110m位置时采用匀速慢推，避免应力在工作面和巷道集中。当工作面回采至背离巷道迎头40m位置时，恢复工作面正常的回采速度。

5 卸压效果检验

采用钻屑法对冲击地压危险区域进行监测，并对卸压后效果进行检验。根据矿井已采工作面监测结果，结合2煤、4煤参数，得到4401工作面回风巷掘进和4202工作面回采冲击危险区域煤粉量临界指标，如表4所示。

表4 钻屑法监测冲击地压煤粉量指标

4401工作面回风巷掘进冲击危险区域采用钻屑法监测卸压效果，钻孔孔径42mm，孔深7.0m，距巷帮1.0m，距巷道底板1.5m。监测结果最大钻粉量为2.8kg/m，卸压效果良好，卸压后巷道无冲击危险。

4202工作面回采冲击危险区域同样采用钻屑法监测卸压效果，钻孔参数一致。监测结果最大钻粉量为2.3kg/m，卸压效果良好，卸压后工作面无冲击危险。

6 结 论

1）以近距离煤层工作面为研究对象，采用RFPA模拟了不同错距2煤4202工作面和4煤4401工作面回风巷同采合理错距，通过主应力图可知，上下煤层同采时合理错距大于100m时，下煤层巷道掘进受上煤层工作面回采影响较小。

2）根据矿井地质条件，划分了4401工作面回风巷掘进期间和4202工作面回采期间冲击危险区域。巷道掘进期间采用“分段式”防治措施，Ⅰ区域采用煤层注水卸压，Ⅱ区域采用煤层注水+爆破卸压，Ⅲ区域采用大直径钻孔卸压。工作面回采期间危险区域采用大直径钻孔卸压+匀速慢推的防治措施。

3）采用钻屑法进行卸压效果检验，结果表明，最大煤钻粉量没有超过冲击地压临界值，卸压效果良好，有效的防治了冲击地压。