冲击地压矿井坚硬煤层采煤工作面防治措施研究

王光民+张振涛

摘 要：矿井的开采深度和开采范围在不断增加，这导致冲击低压现象发生的频率不断上升，冲击低压产生的原因比较复杂，既与煤矿当地的地质条件有关，也与煤质条件和开采深度等多种因素有关，深入研究冲击低压发生的条件和防治措施能够有效减少冲击低压的发生频率，减少人员和财产损失。3503工作面是肥城矿业梁宝寺能源有限责任公司的一个重要采煤工作面，受其地质结构和煤质较硬等因素影响，3503工作面是易发生冲击地压的高危工作面，而采用常规卸压措施很难达到卸压效果，本文针对这种冲击低压矿井的坚硬煤层采煤面防治展开研究。

关键词：冲击地压；坚硬煤层；采煤工作面；防治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.062

我国近年来之所以冲击地压灾害频繁发生，一个重要原因就是随着开采深度的不断加深和开采面积的不断加大，矿山内部的地质结构和应力特性都发生了很大改变，导致地质条件发生很大变化，进而引发了冲击地压灾害的发生。

1 冲击地压简介及形成原因

冲击地压是指矿井在开采过程中突然发生的一种强烈地质变化，矿井巷道周围的煤层受到矿山压力的作用突然发生剧烈形变，大量的能量冲击而出，导致这种形变非常剧烈和迅速。冲击地压最直接的表现就是大量煤和岩石喷涌而出，迅速充满巷道等空间，喷发现场如同炸药爆破一般剧烈。冲击地压形成的原因非常复杂，目前还未能形成统一的研究结论，但是冲击地压产生的主要原因是煤体特性，即矿井内煤质和岩石的特性及矿井内部的结构和地质特性。

2 3503工作面冲击地压风险简析

3503工作面位于梁宝寺煤矿，工作面标高为-1000米左右，煤层平均厚度达到5.6米，煤质硬度为f=1.8，3503工作面属于厚煤层坚硬煤质工作面。因为3503工作面的开采深度较深，超过了1000米，集中在1030米至1130米之间，煤岩层的冲击倾向很强，工作面顶板为细沙岩，岩层机构特点危险性很强，开采过程中的技术操作和危险防护都不是很到位，这些因素都使得3503工作面成为了强冲击危险性的工作面。为了更好地判断3503工作面危险性，矿井方面根据实际情况进行了冲击地压风险综合评价，发现3503工作面共有高风险区域八个、中风险区域十二个、低风险区域两个。通过研究发现，3503整体上发生冲击地压灾害的风险性很高，而且3503工作面的煤质很硬，采用常规防治措施并没有起到预想的效果，这也给3503工作面的冲击地压灾害防治带来了更多的挑战，深入研究相应防治措施是非常有必要的。

3 3503工作面冲击地压风险防治措施

3.1 工作面掘进期间防治措施

掘进期间应该根据工作区域的冲击地压风险等级采取有效措施进行防治，并且要利用检测系统进行实时检测，尽量降低发生冲击地压的风险。

（1）加大卸压钻孔直径。卸压钻孔主要是用于减少岩煤体应力集中区域的压力，通常情况下会选取这些区域打孔，减少应力集中现象，同时使应力向煤体深处转移，从而保护两顺槽。正常情况下卸压孔采用直径110mm的钻孔，而3503工作面的煤质较硬，卸压孔施工后塌孔效果较差，没能起到很好的卸压效果，鉴于此，将卸压孔直径增大到了150mm，钻孔密度也随之增大。采取措施后，卸压效果有所好转，现场微震事件较以前有了较明显的较少，工人反应的现场煤炮明显减少。

（2）设计的采煤面回采帮施工帮部卸压炮。卸压钻孔属于常规冲击地压预防手段，因煤体较硬，虽然通过增加卸压孔直径及密度起到了一定的效果，但是通过现场观察施工的卸压孔卸压空间依然没有完全释放。我们采用回采帮部施工卸压孔后随之施工帮部卸压炮的措施，通过放炮使坚硬的煤体提前预裂，降低卸压孔周围围岩的强度，这样现场出现应力集中时卸压孔及时塌孔卸压。装药要求，孔深10米，孔径42mm，装药3kg。

（3）底煤区域在底板上布置卸压孔及卸压炮眼。留底煤大于一米的巷道我们可以采用底板卸压孔加底板卸压炮相结合的方式进行卸压处理。首先施工底板卸压孔（兼做爆破自由眼），孔深见岩，孔径150mm，每排3個，排距1m，随后施工卸压炮眼，孔深见岩，孔径42mm，每排4个，排距1m，与卸压孔穿插施工，随后放炮，注水软化煤层。

3.2 工作面回采期间防治措施

工作面在回采作业时，同样非常容易发生冲击地压灾害。为了减少冲击地压灾害，应该根据事先划分风险区域等级采用不同的风险监控措施，对于高风险区域要加大监控力度，并采取及时有效的措施降低冲击地压风险。

（1）在煤体上打大直径压孔。大直径卸压孔的直径150mm，这与掘进期间的卸压孔用处基本相同，主要是为了减少卸压孔周围区域的集中应力，起到卸压的目的，同时使巷道周围应力向煤体深处转移。而在回采作业中，卸压孔需要提前实施，避免冲击地压风险的积聚，并根据检测系统数据及时调整卸压力度，直至煤岩体的应力集中区域消失，冲击地压风险得到降低。而为了保证回采作业的充分安全，卸压孔至少要位于工作面前300米以外。

（2）深孔爆破卸压。深孔爆破卸压主要在顶板区域进行，通过爆破的能力促使顶板内形成定向裂纹，破坏煤岩体内部结构，从而实现减少集中应力和冲击地压的风险。3503工作面顶板处容易积聚弹性能，也是冲击地压发生的高位区域，要及时进行爆破处理。

（3）加强监测并选择合适支护手段。在回采工作进行过程中，要随时对冲击地压进行检测，特别是检测煤岩体内部是否有应力聚集，并采用合适手段对回采作业面进行卸压处理，在卸压过程中要严格遵守操作规范，避免因为卸压而导致的冲击地压，并加强支护和防护。

4 结论

冲击地压是我国煤矿中近年来经常发生的一种灾害，其发生过程非常突然，冲击瞬间能量巨大，造成的后果非常严重。3503工作面作为冲击地压高风险作业面，发生冲击地压的风险很大，应该加强掘进和回采作业中的监控和防治，及时有效降低冲击地压发生的风险。

参考文献：

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[2]王存文，姜福兴，刘金海.构造对冲击地压的控制作用及案例分析[J].煤炭学报，2012，37（S1）：263-268.endprint