孤岛工作面高应力区冲击地压防治技术

孤岛工作面高应力区冲击地压防治技术

综放孤岛工作面矿压显现一般较强烈，较强的矿压显现容易诱发冲击地压，特别是工作面过特殊地质条件期间，如断层、褶曲等地质构造因素影响，导致形成较强应力集中区，造成工作面回采困难，影响矿井的安全生产。通过冲击地压防治的多种技术方案，加强了163下02c综放孤岛工作面回采期间冲击地压防治，安全回采了高冲击危险工作面，最大限度的回收了资源，为进一步分析研究特殊工作面冲击地压防治，提供了成功的经验。

标签：应力集中；孤岛；冲击地压；微震监测

0 引言

近几年，冲击地压事故频发，仅山东地区就发生多起冲击地压事故，造成了人员伤亡及重大经济损失。由于冲击地压灾害预警预报难、治理难，目前仍是世界性难题，而各个矿井条件不同，冲击地压发生的规律亦有不同，济三矿163下02c工作面由于地质条件特殊且为孤岛工作面，被省列为A级冲击地压隐患，现根据济三矿163下02c工作面冲击地压防治所做的工作，总结了经验及规律，为冲击地压的防治提供了有效的技术支撑。

1 工作面概况

地质情况及顶底板岩性分析。163下02C工作面为3下煤层孤岛工作面，位于十六采区中部，地面标高+33.11～+33.68m，平均+33.68m，工作面面长135.5m，推进长度742.4m。东部为163下02采空区，西部为163下03采空区，工作面隔离煤柱均为3.0m。 163下02c工作面井下标高-652.4～-632.2m，平均标高-642.3m，该煤层为山西组3下煤，厚度0.7～6.4m，平均3.3m。煤层倾角0～6°，平均3°。

163下02C工作面的老顶为中砂岩及细砂岩，厚度为4.94～26.4m，平均厚度19.6m，泥硅质胶结，厚层状、较致密坚硬，f=8～10。直接顶为粉砂岩及粉细砂岩互层，厚度为0～16.75，较致密、坚硬，f=4～6。直接底为铝质泥岩，厚度为0.62～4.0，平均厚度2.0，遇水易膨胀，f=4～6。老底为粉细砂岩互层，粉细砂岩互层厚度为4.2～12.9m，平均厚度为9m，致密坚硬，含黄铁矿结核 ，f=6～8（图1）。

2 生产技术条件

生产技术条件。163下02c工作面采用走向长壁综采采煤方法。工作面推进长度为742.4m，工作面面长135.5m，采高2.8±0.2m，工作面布置液压支架92组，机头布置排头支架3组，机尾布置4组。工作面中间液压支架为ZFS6200/18/35型；上下端头为ZTF6500/19/32型放顶煤排头支架。两顺槽超前支护方式采用顺槽支架支护，胶顺选用ZT24500/18/35型支架，辅顺选用ZT107000/22/38型支架。

3 冲击地压危险性评价分析

3.1 所采煤层煤岩物理力学特性

根据3下煤及围岩冲击倾向性测定结果，3下煤单向抗压强度15.99MPa、动态破坏时间54.82ms、冲击能指数4.93、弹性能指数4.67。冲击倾向性为：弱冲击倾向。在一定的煤层赋存条件、地质条件、开采条件、大面积采空区悬顶等条件下，有发生冲击地压的危险。

3.2 应验类比法分析

（1）163下02c工作面标高为-652.4～-632.2m，平均标高-642.3m，埋深相对较大，地应力集中程度较高，相邻的六采区同等标高情况下曾经发现过强烈的冲击事故并造成了较大的经济损失。

（2）煤层老顶为中砂岩及细砂岩，厚度为4.94～26.4m，f=8-10，存在厚层坚硬顶板，地质条件相对复杂，工作面回采受多条断层影响，断层附近存在构造应力。

（3）工作面煤层厚度为0.7～6.4m，煤层厚度大及厚度变化较大，顶板垮落高度较大，掘进期间经钻屑法监测，多处煤粉超标并存在较强的动力现象，增大了冲击危险。

（4）根据类比其它采区3下工作面的冲击地压显现情况及3下煤层其它工作面回采期间的冲击地压监测情况分析，以及依据3下煤及围岩冲击倾向性及各种冲击因素分析，确定此工作面回采期间危险等级为中等偏强冲击危险。

3.3 冲击危险指数法分析

163下02c工作面为孤岛工作面，根据163下02C工作面地质资料及开采技术条件，参照数值模拟结果及围岩运移规律分析，采用综合指数法评定其冲击危险性指数。通过综合比较分析，认为163下02C工作面冲击矿压危险状态等级评定为中等冲击危险性（偏强），冲击危险指数0.74，其中，地质因素影响和开采技术因素影响并重，工作面开采深度及周围的采空区及分布的断层起主要影响作用。

4 工作面开采前超前预处理及回采期间的防冲治理措施

4.1 切顶爆破卸压

为了预防冲击地压危害，实现安全回采，在工作面回采前主要采取了切顶爆破措施，两顺槽自煤壁前方20m至停采线以外20m施工切顶爆破，巷道长度782.4m，孔深13m，孔间距3.5m，孔内装药长度6～8m，共施工340个（胶顺146个，辅顺194个，胶顺架棚段及辅顺顶板破碎段未施工）顶板爆破孔。

4.2 大直径卸压钻孔卸压

回采前，163下02原辅顺距煤壁80处向南两帮施工大直径卸压钻孔，卸压钻孔孔径110mm，孔深20米，间距5m，由于该区域卸压钻孔施工至联络巷附近应力集中，多处钻孔打钻时卡钻、吸钻现象严重，煤粉量超标严重，其中一处钻孔施工17m时排出煤粉超过两矿车，由于卸压钻孔施工难度太大，施工29组后停止施工。

4.3 煤体爆破卸压

回采前，由于163下02原辅顺卸压钻孔施工难度太大，改用煤帮爆破卸压。自煤壁20m处至停采线以外20m区域全部采用帮部爆破卸压，孔深10m，孔间距5m，装药长度4m，两帮共施工280个帮部爆破孔。4.4 直读式钻孔应力计监测

为了能够让现场作业人员直观看到工作面回采时煤体内部应力变化情况，在辅顺距煤壁40m处每间隔40m安装一组孔深5m、7m、9m的直读式钻孔应力计，辅顺共安装17组；胶顺距煤壁40m处每间隔30m安装一组孔深5m、7m、9m的直读式钻孔应力计，胶顺共安装21组。根据胶顺第一组应力计与辅顺第二组应力计数据进行分析，具体数据见表1。根据数据分析，距离煤壁15m范围是高应力集中区，深度为5m的应力数值达到38MPa，对于高应力集中区，采取了煤层卸压爆破处理，危险解除后，工作面安全推过危险区域。

4.5 CT层析成像反演应力

在掘进已经完成并确定觉有高冲击危险工作面回采前，通过井下地震勘探CT层析成像反演技术，在井下两顺槽分别、工作面布置设计好的检波器，同时合理布置炮点放炮监测。为了能对工作面内矿井压力的分布状态进行精细和全面的探测，特设计如图1所示的测点布置图。图中，针对163下02C原辅顺巷道（中间巷道）和切眼布置炮点，炮点间距为16m，炮点数共105个；在辅顺巷道和胶顺巷道中布置接收点，每条巷道中布置的接收点为96个，共192个，道间距设定为8m。通过CT层析技术，反演出应力云图，对工作面全部区域应力分布情况进行划分，并采区针对性卸压爆破措施。

4.6 全巷道钻屑法监测

工作面回采前，对两顺槽采用普通钻屑法对两顺槽静态情况下的冲击危险程度进行全面普查，监测孔孔深10m、间距40m，辅顺共施工监测孔19组，停采线北200米范围出现卡钻吸钻的6组，钻屑量超标的3组；胶顺共施工监测孔18组，均正常，对于出现指标异常的区域，及时采取了煤层爆破卸压处理，直至危险解除。回采期间，工作面每推进30m进行监测一次，一次施工3个钻屑孔，如果遇到直读式钻孔应力计监测数值超高及微震系统能量异常时，及时采取钻屑法进行验证，发现指标异常，及时采取煤体爆破卸压措施。

4.7 利用微震监测系统对特殊高应力区监测

为动态监测全矿井下顶板活动及冲击地压情况，按照中国矿大窦林名教授的设计要求，引进的波兰SOS微震监测系统正在进行安装调试，设计安装16个拾震器，其中井下14个，地面2个。目前已经完成井下8个拾振器、地面1个拾振器的安装调试，能够实现对

十六、十八采区顶板活动情况进行监测。工作面回采期间，利用微震监测系统，针对工作面断层附近200m范围重点监测分析，6月5日前能量比较均匀基本位于20000J，6月5日震动能量突然消失接近为零，而现场工作面支架压力普遍达到30MPa，因此可以得到高应力未得到释放而产生了应力集聚，7日能量直接突破157000J，现场及时采取了煤体爆破卸压并做好站岗警戒措施，直至9日能量下降至62000J，危险基本解除。

5 结论及建议

（1）此工作面为孤岛工作面，受断层地质条件及顶底板岩性影响，冲击危险等级中等偏高，针对此工作面采用了切顶爆破卸压、煤体爆破卸压、大直径卸压钻孔、直读式钻孔应力计监测、CT层析成像反演应力、钻屑法、微震系统法检测监测及治理手段相结合，工作面得到安全回采，避免了冲击事故发生。（2）受孤岛工作面采空区的影响，高位岩层活动程度较大，老顶运动时矿压显现及来压强度较强，增大了冲击危险，根据“强弱强”原理，加强工作面及两顺槽支护质量管理，加大了两顺槽超强支护距离（超前支护距离达120米）。（3）采用大直径卸压钻孔施工至高应力区时，由于吸钻、卡钻动力现象十分明显，无法进行施工及时采取小直径钻孔卸压爆破措施，达到施工大直径钻孔的卸压效果。（4）微震监测系统对高应力去重点进行监测，并根据区域能量变化总结出冲击预警规律，为冲击地压监测提供了可靠的技术方案。（5）利用直读式应力计监测法、微震系统监测法监测到异常情况时，及时采取钻屑法进行验证，监测有充冲击危险时，工作面立即停止生产，并进行煤体爆破卸压处理，解危处理完毕后，工作面才能生产。

参考文献：

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