基于深部开采条件下的冲击地压预测与防治技术研究

摘 要：冲击地压作为矿山灾害的一种，随着我国深部开采矿井的增多，冲击地压灾害发生次数逐年升高。深部开采条件下进行冲击地压预测与防治，已经成为众多学者关注的重要问题。本文以某矿东四盘区4#煤层30114E工作面为研究对象，对工作面发生冲击地压的可能性进行预测和防治研究，提出对应的解决方案和措施，為将来类似煤矿提供有益的参考。

关键词：深部开采；冲击地压；预测与防治

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.052

0 引言

煤矿井下开采过程中，使煤、岩层内部储存的能量在高应力的作用下短时间内突然释放，在释放过程中抛出的煤岩体对工作面、巷道中的作业人员的人身安全及井下设备造成严重威胁，这种现象称之为冲击地压。针对冲击地压的研究，国内外专家从18世纪至今从未间断，受限于其发生时的多样性、随机性及突然性等特点，尽管广大研究人员先后提出了能量理论、刚度理论和强度理论等观点，也总结出了经验类比法、局部探测法等相关预测方法，但对冲击地压的发生和防治依然无法达到完全杜绝，尤其是当前各个煤矿都有深部开采的趋势下，冲击地压问题愈发需要引起重视。结合国内外煤矿的相关统计数据显示，冲击地压发生的频率和强度会随开采深度加深而增大，当超过600m采深后，发生冲击地压的概率以及强度都持续大幅增加，参见图1。

本文以某矿东四盘区4#煤层30114E工作面为研究对象，该煤层埋深大，平均深度为800～1000m，综合煤层性质和地质条件，其发生冲击地压可能性大幅度增加，故对冲击地压的预测和防治进行研究是很有必要的。

1 工程概况

该矿东四盘区4#煤层30114E综放工作面长度300m，走向1200m，东临实体煤，南接606轨道巷、回风大巷及运输大巷，西接30114E工作面采空区，北部为保护煤柱。所采4#煤层赋存于山西组下部，采高4m，煤层倾角0°～38°，平均14°，埋深约800～1000m，结构相对复杂，总体来说仍属全井田可采的稳定煤层。4#煤层顶板以泥岩为主。底板为泥岩、砂质泥岩及粘土泥岩多层混合，工作面掘巷过程中揭露9条断层。

2 预测技术

（1）钻屑量监测。①对30114E工作面上、下巷超前40～120m范围，布置直径50mm的钻孔，钻孔孔深12m。记录监测每天每孔每米的钻屑量，绘出正常钻屑量曲线图，计算出标准钻屑量。每次监测后须留有大于5m的安全距离。对工作面内可能存在冲击危险的特殊地质构造区，需要制定专门的钻屑量监测方案，实行长期动态监控。②明确冲击地压危险的钻屑量临界值。判定工作面冲击矿压危险性的钻粉率指数。如果检测到的钻屑量超过临界指标，或出现卡钻、钻杆跃动、顶钻、压死钻杆等现象，可认为煤体处于临界应力状态，必须及时采取相应的解危措施。（2）微震监测。采用ARSMIS M/E微震监测系统，监测30114E工作面的微震活动，每日当值人员要在回风大巷、胶带大巷和30114E工作面两顺槽固定布置多台检振器，通过统计工作面微震活动的强弱及发生频次，计算释放能量，评价及预测工作面冲击地压危险性。（3）应力监测。安装应力在线监测系统，对30114E工作面煤岩体应力状况进行动态监测。其中，应力监测探头需安装在工作面巷道的实体煤中，每两组的布置间距为30m，每组再设两个应力监测计，作业人员需全天不间断观测各钻孔受力情况，统计应力监测数据、分析应力的变化情况，并制作相关报表及时汇报。

3 防治措施

30114E工作面掘进期间，主要采用大直径钻孔卸压、高压注水及煤体卸压爆破三方位综合防治措施。

（1）大直径钻孔卸压。巷道每隔4～5m实施一个大直径钻孔，钻孔垂直于煤帮，距离底板1～2m。钻孔孔径φ150mm，孔深取30m。施工钻孔的进度需要紧接掘进迎头进度。两者之差需小于40m。当冲击地压卸压解危效果不明显，则应进一步加大卸压钻孔的数目，参数同上。（2）高压注水。在工作面掘进期间，位于滞后掘进面40m处实施高压注水。具体参数：注水孔径φ70mm，间隔距离15～20m，孔深取45m，封孔15m，注水压力15～20MPa，每孔渗流量4m3/h。工作面回采期间，对4#煤层进行中长孔交互注水，中孔80～100m，长孔130～150m，注水压力15～20MPa。（3）煤体卸压爆破。在工作面掘进过程中，针对冲击地压危险区域实施煤体爆破卸压。具体参数：采用煤电钻、麻花钻杆配合φ45mm钻头施工煤帮炮眼。炮眼距底板1.5m，孔深20m，间距6m，双排布置，炮眼平行于底板，但垂直于煤帮。采用反向装药封孔，长度10m，装药量3kg。

4 结语

（1）30114E工作面埋深接近800m～1000m、地质构造相对复杂，所采4#煤层具有强冲击倾向性特点，工作面巷道冲击地压危险性较大。（2）通过钻屑量监测、应力监测及微震监测等多种监测手段，对30114E工作面煤岩体应力状况进行动态监测，为冲击地压的预测提供有益参考。（3）针对30114E工作面存在的冲击地压危险问题，通过采用大直径钻孔卸压、高压注水及煤体卸压爆破三方位综合防治措施，达到避免冲击地压危险发生的目的。

参考文献：

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作者简介：李超（1989-），男，山西大同人，硕士在读，研究方向：矿山压力与岩层控制。endprint