詹 平，高 阳，郭 鹏

(潞安集团 综合办公室，山西 长治 046204)

近年来，由于综采液压支架的广泛使用，采煤工作面支护强度的提高，冲击地压主要发生位置由工作面转向巷道。据统计，煤矿冲击地压灾害70%以上发生在巷道。永久硐室是一种特殊的巷道，它服务年限长，且一般布置有大型设备，若将永久硐室布置在严重冲击地压煤层中，且不采取有效监测及卸压措施，一旦发生冲击地压将造成较大损失。

根据《防治煤矿冲击地压细则》第二十八条规定，“永久硐室布置在冲击地压煤层中的，不具备重新布置的条件的，需进行安全性论证。在采取加强防冲综合措施，确认冲击危险监测指标小于临界值后方可继续使用，且必须加强监测。”规定中明确要求了不具备重新布置的条件的永久硐室应该进行安全性论证，并提出了防治措施和监测的要求，但并未针对具体内容展开描述。

目前，冲击地压的监测措施主要包括微震监测、应力监测、常规矿压监测(巷道表面位移监测、锚杆锚索受力监测等)等，冲击地压的治理措施主要包括大直径卸压钻孔、水力压裂、爆破卸压等。

本文以某矿井不具备重新布置条件的永久硐室为基础，对永久硐室防冲安全性论证的内容、永久硐室的防冲综合措施、永久硐室的防冲监测三个方面进行探讨。

1 矿井概况

井田总体为单斜构造，倾角约1～6°，局部有波状起伏。井田先期开采地段断层有7条。其中1条小断层位于井底车场附近，但落差较小，为0～2 m，对巷道及硐室布置影响较小。井田内，无岩浆岩侵入体。巷道掘进时，发现3处小型冲刷带。总体而言，井田地质构造简单。

矿井主采煤层为3-1煤层，煤厚3.40～7.63 m，平均4.97 m，结构简单，属全区可采的稳定煤层。3-1煤试样单轴抗压强度最大值为40.80 MPa，最小值为30.44 MPa，平均值为35.37 MPa。3-1煤试样弹性能量指数最大值为11.72，最小值为6.01，平均值为8.45。

3-1煤直接顶板主要为粉砂质泥岩。老顶为粗粒砂岩，顶板抗压强度39.0～58.76 MPa，属中等稳定顶板。底板为粉砂质泥岩，抗压强度19.8～67.1 MPa，为不坚固-坚固底板。

永久硐室大部分位于井底车场附近，小部分位于西翼大巷附近，因此，将永久硐室划分为井底车场区域(井下主排水泵房、井下消防材料库、调度室、急救室、等候硐室、井下主变电所、井下强排水泵房及配水巷、3-1煤带式输送机机头硐室及通道、副井井筒与井底车场连接处、主井井筒与井底车场连接处、井下换装硐室、井下蓄电池电机车修理间、变流室及充电室、井下胶轮车库、管子道、3-1煤永久避难硐室、盘区变电所、3-1盘区西翼泵房)和西翼大巷区域(盘区变电所、3-1煤永久避难硐室、盘区泵房)。

由于永久硐室较多，本文选取井底车场区域钢筋混凝土砌碹支护的井下主排水泵房为例进行相关研究。井下主排水泵房位于井底车场排水系统内。巷道标高约+637 m，采深取平均值646 m，硐室设计长度约67 m，煤岩比为30∶70。

2 永久硐室冲击危险性评价

2.1 综合指数法评价

根据各永久硐室地质条件进行计算，结果如下：

井下主排水泵房地质因素影响下的冲击地压危险性指数Wt1=0.67，具有中等冲击地压危险。其主要影响因素为煤体能量指数、煤体单轴抗压强度和坚硬顶板岩层等。

井下主排水泵房开采技术因素影响下的冲击地压危险性指数Wt2=0.25，为无冲击地压危险。主要影响因素为底煤。

通过综合比较分析，认为井下主排水泵房冲击地压危险等级评定为中等冲击地压危险，冲击危险指数Wt=0.67。其中，地质因素为主要影响因素，上覆厚硬岩层、煤体单轴抗压强度、煤的弹性能量指数等起主要影响作用。

2.2 可能性指数法评价

采用可能性指数法的结果：应力对“发生冲击地压”事件的隶属度为0.41。冲击倾向性对“发生冲击地压”事件的隶属度为1。井下主排水泵房冲击地压发生可能性指数为0.71，即具备“可能”发生冲击地压等级的应力条件。

2.3 多因素耦合评价

通过对永久硐室冲击地压影响因素进行排查，对各个影响因素下的应力进行叠加。

井下主排水泵房采深取平均值646 m，自重应力为γh=16.15 MPa。井下主排水泵房周边存在巷道或硐室群，取1.5γh。围岩综合应力为1.5γh=24.23 MPa。煤层单轴抗压强度约为35.37 MPa，应力比为0.69。Ic/σc<1.5，无冲击地压危险。

3 永久硐室的防冲综合措施

3.1 区域防冲措施

对于永久硐室而言，井底车场西翼大巷均属于开拓方式范畴，区域防冲措施中，主要针对开拓巷道及硐室布置进行排查。对大巷及永久硐室而言，最有利的情况为大巷走向及硐室轴向方向与主应力方向相同，最不利的情况为大巷走向及硐室轴向方向与主应力方向垂直。从实际布置来看，盘区大巷轴线方向与最佳角度相差约32°。夹角的存在给西翼大巷区域永久硐室维护带来困难，但32°夹角并不大，可以通过加强支护等措施解决。

3.2 局部防冲措施

对于该矿井永久硐室而言，由于部分永久硐室留有底煤，因此，局部防冲措施主要针对底煤进行爆破或钻孔卸压，可根据实际情况选择其中至少一种底煤防冲措施，对于混凝土砌碹支护的硐室，为了减少爆破对硐室支护强度的影响，优先选择钻孔卸压的方式。

建议的底煤钻孔布置方式为：在巷道底角以一定角度施工两排钻孔，间距根据实际情况采取0.8～1.0 m，孔径根据施工机具采用D80～100 mm，施工深度以钻进至岩层为准，钻孔施工完成后建议再辅以注水软化的方式，进一步降低底煤冲击的可能性，见图1。

图1 大直径钻孔底煤处理方式

4 永久硐室的防冲监测

4.1 区域监测

井底车场区域及西翼大巷区域永久硐室建议采用微震监测系统进行区域性监测，以预测强矿压危险区及危险程度，及时采取措施解除危险。根据现场情况，在井底车场区域、西翼大巷区布置若干拾振器，对于大巷区域而言，一般拾振器间距不宜大于1 000 mm，井底车场区域覆盖点数不少于4个；井底车场区域与大巷拾振器相互配合，覆盖永久硐室范围。

4.2 局部监测

井底车场区域及西翼大巷区域永久硐室局部监测建议采用煤层应力监测，实时监测和预警动力灾害，并能根据设置值进行实时预警，为矿井管理人员提供井下测区实时动力灾害信息。

原则上，无冲击地压危险的永久硐室，基本为混凝土砌碹硐室，或岩石在围岩内占比较大，不在硐室内单独设置应力监测测点，在弱冲击地压危险的永久硐室，锚网喷支护条件下的半煤岩或煤层硐室，建议每隔30～50 m设置1组应力监测测点。

因永久硐室及附近安装了钻孔应力监测测点，且微震系统覆盖了整个永久硐室区域，钻屑法不作为常规监测手段，仅在微地震监测或应力监测到具有冲击危险的区域进行检验。

5 结 语

根据《防治煤矿冲击地压细则》规定，对永久硐室冲击危险性进行了评价，制定了永久硐室的防冲综合措施，并对安全性进行了分析论证，得到的主要结论如下：

1) 分别采用综合指数法、可能性指数诊断法和多因素耦合评价法，对永久硐室进行了冲击危险性评价，得到了各硐室评价结论。采用综合指数法判定危险为中等；采用可能性指数诊断法，判定结果为“可能”；采用多因素耦合评价法，得到永久硐室为无冲击地压危险。

上述三种方法得出的危险性等级结果差距较大，应综合考虑永久硐室的支护、煤岩比、采动影响进行分析，对评价结果进行修正。

2) 提出了永久硐室冲击地压区域监测方案和局部监测方案，可以实现永久硐室冲击地压长期、实时在线监测预警。区域监测采用微地震监测法；局部监测采用应力监测法。

3) 提出了永久硐室区域防冲措施和局部防冲措施。区域防冲措施主要针对开拓巷道及硐室布置；部分永久硐室底煤卸压处理方案，需根据底煤厚度选择大直径钻孔卸压或爆破卸压。

4) 通过一系列措施，永久硐室实现了冲击地压长期监测。冲击地压危险监测指标小于预警临界值时，永久硐室可继续使用；大于预警临近值时，应停止使用，并针对监测得到的危险区域采取切实可行的卸压治理方式，直至监测指标低于临界值后恢复正常使用。