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1552018 年第 6 期 孤岛工作面冲击地压监测与防治技术 吴小斌 （山西焦煤西山煤电官地矿生产调度指挥中心，山西 太原 030022） 摘 要 本文针对孤岛工作面冲击地压提出了监测方案以及防治技术措施。通过对巷道布置在孤岛工作面不同位置时的 冲击地压危险性进行分析，确定孤岛工作面回采巷道布置位置。采用设计合理的推采速度，在不规则区域或高应力区实时 降低推进速度，利于能量的有序释放，可降低冲击危险性。提出了间歇式开采，确定了间歇式开采的解危手段，为冲击地 压的防治提供可靠的依据。 关键词 孤岛工作面 冲击地压 监测 防治 中图分类号 TD324 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2018.06.066 Monitoring and Control Technology of Rock Burst on Isolated Island Working Face Wu Xiao-bin Production Scheduling and Command Center of Guandi Mine, Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Company, Shanxi Taiyuan 030022 Abstract In this paper, the monitoring scheme and prevention and control technical measures are proposed for rock burst on the isolated working face. Through the analysis of the risk of rock burst when the roadway is arranged at different positions of the coal pillar of the island, the location of the roadway layout of the coal pillar of the island is determined. The reasonable mining speed is adopted to reduce the thrust speed in irregular or high stress areas in real time, which is conducive to the orderly release of energy and can reduce the risk of rock burst. This paper puts forward the of intermittent mining and determines the danger-relief for intermittent mining, which provides a reliable basis for the prevention and control of rock burst. Key words isolated island working face rock burst monitoring prevention and treatment 收稿日期 2018-02-08 作者简介 吴小斌 （1977-），男， 山西武乡人，2014 年毕业于 山西大同大学采矿工程专业 本科学历，采煤工程师，主要从事煤 矿生产调度工作。 在实际生产过程中，针对具体煤层条件对冲击 地压发生的前兆信息进行检测，以检测的信息对冲 击地压发生的可能性做出准确的判断，这种监测技 术称为冲击地压监测技术 [1-3]。相对准确的冲击地压 监测对于局部性解危措施的实施十分重要。钻屑法 监测、应力监测、顶板动态和围岩变形监测是目前 最主流的冲击地压监测技术，能实时地反应出煤体 和巷道的受力状态，本文综合运用这些方法，为冲 击地压的防治提供可靠的依据。 1 地质概况 西山煤电集团有限公司官地矿井田南北长 约 14967m， 东 西 宽 约 12110m， 井 田 面 积 为 104.4974km2，共赋存 01、02、03、1、2、3、 5、6、7、8上 、8、9、10、11 等 十 四 层 煤， 煤层总厚度 20.09m，主要可采煤层为 02、2、 3、5、6、7、8上 、8、9 煤， 现 开 采 2、3、 6、8、9煤。截至 2016 年底，井田工业储量为 12.8775 亿 t，可采储量 8.283 亿 t。矿井本身并非冲 击地压矿井，但是在开采孤岛工作面的时候，冲击 地压显现明显，需要对此进行研究。孤岛工作面矿 压显现一般较为强烈，较强的矿山压力极易导致冲 击地压。特别是对冲击倾向性明显的矿井，对孤岛 工作面冲击地压的监测和防治，一方面可以充分开 采煤炭资源，另一方面可以加强对矿山压力的研究。 2 冲击地压监测方法 2.1 钻屑法监测 极限煤粉量，指的是当煤体压力达到临界值也 就是煤体压力的极限值时所能产生的煤粉量的多 1562018 年第 6 期 少，可以作为发生冲击地压煤粉量的一个指标。 工作地点是否有发生冲击地压的倾向性可以以 钻粉率指数来判断，见表 1 所示。在表 1 中所列的 钻孔深度内，当现场实际的钻粉率达到所规定的值 时或者出现钻杆卡死现象，可以判断所测工作地点 有发生冲击地压危险的可能性。 表 1 判别工作地点冲击地压危险性的钻粉率指数 钻孔深度 煤层厚度 1.5m1.53.0m3.0m 钻粉率指数＞ 1.523≥ 4 钻屑法建议施工原则对具有冲击倾向性的工 作面，以矿压观测为主，以不定时不定量钻屑法抽 查为辅；在一边掘进一边钻探的工作面如果具有煤 柱和断层要切实做好前部掘进后部钻屑法检测工 作，一旦检测到危险，及时采取措施；在有冲击地 压危险类型的工作面，及时做好钻屑法检测在掘进 和回采期间的工作。 2.2 顶板动态和围岩变形监测 2.2.1 顶板动态监测 在冲击地压危险区域和工作面超前应力检测时 采用顶板动态仪进行检测。 将顶板动态仪放置在能发生冲击地压的危险区 域和工作面超前区域，观测该区域顶板变形情况， 结合钻屑法、应力在线监测等综合监测冲击地压危 险性。 2.2.2 围岩变形监测 采用十字布桩进行工作面围岩变形观测。 3 冲击地压监测方法应用 冲击地压监测技术在孤岛工作面及掘进工作面 中的应用应根据孤岛工作面的性质决定（即“凸顶” 的形状大小），“凸顶”的形状大小决定了孤岛工 作面监测站点的布置方式，测站的布置又因掘进面 和回采面的不同而不同。 （1）钻屑法监测布置方案 工作面回采过程中的钻屑法实施主要集中在两 回采顺槽中。在顺槽的煤壁侧布置测点，进行监测， 通过分析每米煤粉量确定和分析应力的大小和预计 冲击地压危险程度。监测内容单位长度钻孔的钻 屑量，国际单位 kg，另外还需检测并记录卡钻、孔 内冲击等钻孔动力现象。监测范围要覆盖工作面的 超前支承压力影响区，一般为从工作面至前方至少 60m 的范围。在孤岛工作面的规则区域、不规则区 域钻屑法监测布置方案如图 1 所示。当不规则区域 形状为三角形时，不规则区域两条巷道的钻孔密度 均调整为 3m，超前 60m。当不规则区域形状为矩 形时，不规则区域形状变化侧的巷道内钻孔密度调 整为 6m 超前 60m。 （b）不规则区域 图 1 回采工作面钻屑法监测孔布置平面图 （2）应力监测布置方案 钻孔应力计安装参数钻孔 Φ42mm，孔深 6m，间距 510m（视危险程度而定），单排布置， 钻孔方向为水平垂直巷帮，见图 2、图 3。在孤岛 工作面的规则区域，应力计的布置密度为 10m。当 孤岛工作面的不规则区域为矩形时，两侧巷道钻孔 应力计的密度为 8m；当孤岛工作面的不规则区域 为梯形时，工作面形状发生变化一侧巷道钻孔应力 计密度为 8m，另一侧密度为 6m；当孤岛工作面的 不规则区域为三角形时，两侧巷道的钻孔应力计密 度为 5m。在回采过程中，如发现有应力超过预警 值或者应力快速增大时，应提高钻孔应力计数据的 记录密度，同时提高钻屑法监测的钻孔密度，确定 冲击危险性。 图 2 钻孔布置纵剖面图 1572018 年第 6 期 图 3 钻孔布置横剖面 4 冲击地压防治技术 4.1 合理的巷道布置 基于矿山压力分布规律的研究基础上，正确选 择巷道的位置对于降低孤岛工作面冲击地压的发生 几率，保证工作面的安全生产有重要的理论和实践 意义。 孤岛工作面开采时工作面巷道位置和支承压力 分布特征如图 4 所示。 图 4 巷道布置图 现在对孤岛工作面巷道位置分别进行分析。 4.1.1 巷道布置在 A 位置 A 处位于原岩应力区，巷道布置在 A 处时受孤 岛工作面的影响小，在超前支承压力作用下巷道变 形小。但是煤柱留设尺寸大，工作面回采后煤柱不 易回收，导致资源浪费，而且还给下部煤层开采带 来安全隐患，尤其是深部开采时或者具有冲击倾向 性下部煤层更加危险。 4.1.2 巷道布置在 B、C 位置 B 位置位于规则区域的高应力区，在掘进时巷 道围岩的极限平衡状态被打破，容易引起冲击地压 事故。 C 位置位于规则区域的高应力区，巷道的开掘 会打破煤体的极限平衡状态，使煤体的承载能力降 低，促使围岩应力和支承压力重新分布。在巷道附 近的集中应力与采空区集中应力的共同作用下，增 加了围岩应力程度和支承压力集中程度，容易引起 冲击地压事故。同时在 C 位置开掘巷道，也会增加 孤岛煤柱不规则区域的应力集中程度，不利于冲击 地压防治。 4.2 合理的推进速度 图 5 支承压力峰值位置与工作面推进速度关系图 由图 5 可见，支承压力峰值与煤壁呈现非线性 的对应关系。通常，刚开始时工作面的推进速度较 低，然后逐渐升高，支承压力峰值距离煤壁也会越 来越远，即支承压力峰值外移。当推挤速度继续增 大时，支承压力峰值向外移动的速率会逐渐减小。 随着推进速度的进一步增大，支承压力峰值与煤壁 的距离会保持在一个固定值，也就是 L4。而实际开 采活动中， 工作面的推进速度会有个最大值 （ V1 ） 。 当工作面停止开采活动时，即 V0 时，支承压力峰 值会随着时间地发展向煤壁内部运动，最终停留在 L3，此时顶板停止运动，重新进入平衡状态。 4.3 间歇式开采 间歇式开采，是指把多个孤岛工作面作为一个 整体，统筹卸压和生产安排，在一个工作面开挖时 对另几个工作面进行卸压处理，然后对卸压工作面 进行开采，对原开采工作面进行卸压处理，以此往 复循环，对孤岛工作面提前卸压处理。间歇式开采 的实质就是能量释放和回采工作的统筹安排。在工 作面高应力集中区采用密集钻孔、爆破卸压等方式 进行卸压，对孤岛工作面进行注水软化以降低煤体 冲击危险性 [4]。 针对“凸顶”部分不同形状和面积，合理采用 一种或几种卸压手段，消除高应力集中，使工作面 的冲击危险性降低或消除，从而达到防治冲击地压 的目的。孤岛工作面常用的卸压手段有注水软化、 煤层卸压爆破、断顶爆破等。 当“凸顶”为三角形，且面积小于 25m2时， 对工作面不规则区域进行注水软化。注水参数，如 注水压力、注水时间、注水孔深度根据煤层具体物 理属性和应力环境确定。实践证明，煤层注水可以 很好地改变煤体的物理力学性质，减弱或消除冲击 （下转第160页） 1602018 年第 6 期 危险发生的可能性。在巷道掘进时可以不改变掘进 方向，在“凸顶”旁边直接开挖巷道。 当“凸顶”面积在 25100m2时，采用注水软 化和煤层爆破卸压相结合的方式，对不规则区域进 行卸压处理，直到监测指标都不超限。 当“凸顶”面积大于 100m2时，采用煤层爆破 卸压和采空区顶板深孔断顶的方式卸压。实践证明， 煤层爆破卸压和采空区顶板深孔断顶相结合能有效 地降低孤岛面不规则区域的应力。 5 结论 本文综合运用了以钻屑法监测、应力监测、围 岩变形监测相结合的冲击地压监测技术。通过对巷 道布置在孤岛工作面不同位置时的冲击地压危险性 进行分析，可确定孤岛工作面回采巷道布置位置。 （上接第157页） （6）夹矸层厚度与隶属度值 根据地质资料，该工作面 6 号煤层一般含 1 层 夹矸，厚约 0.05m，且夹矸位于煤层下部，不影响 顶煤冒放，μ61.0。 3.3 紫金煤业 6101 综放工作面冒放性评价 综放工作面冒放性评价指标 u 采用指标 权 重系数，然后进行累加。根据煤矿相关规程，通常 u 大于 0.8，适宜综放开采，工作面回采率满足规程 规范；u 在 0.650.8，中等程度适宜综放开采，应 取某些针对性措施，使得工作面回采率满足规范要 求，u 在 0.65 以下不适宜综放开采。 紫金煤业 6101 工作面顶煤整体冒放性的隶属度 u ∑ Aiui 0.230.80.120.80.10.70.140.70.1 40.90.121.00.151.00.84，u 值处于 0.80.9 之 间，该工作面顶煤冒放性好，适宜采用放顶煤开采。 综上分析，设计认为本工作面煤层顶煤冒放性 好，适合采用综采放顶煤开采。 4 结论 本文以紫金煤业 6101 综放工作面为研究背景， 主要从 6 号煤赋存地质特征角度出发，通过隶属度 分析法，对综放工作面冒放性进行分析，得出以下 结论 （1）煤层硬度变化较大，在实际生产过程中， 应注意加强放煤口管理，采用专职放煤工，保证放 煤口顺畅。 （2） 工作面属于高瓦斯工作面， 地质构造复杂， 区域内有小断层构造，在实际生产中，应加强支护 同时加强瓦斯监测，防止瓦斯集聚。 （3）工作面涌水量较大，顶板淋水现象严重， 一方面对工作面生产运输系统、轨道运输系统产生 不利影响，另一方面恶化工作面生产环境，不利于 安全生产。在煤矿生产过程中，应加强工作面水文 地质条件勘察，对工作面回采范围内涌水量大小、 分布及导水裂隙带特征进行论证分析，保证井下安 全生产。 （4）工作面回采范围内有 4 条隐伏小断层， 断层落差在 0.61.2m 之间。在实际回采过程中，工 作面过断层应考虑断层对瓦斯、工作面涌水及顶板 稳定性影响，保证过断层期间的安全生产。 【参考文献】 ［1］ 周凤燕.朝克乌拉矿综放开采顶煤冒放性研究[D]. 辽宁工程技术大学 ,2011. ［2］ 霍丙杰 . 复杂难采煤层评价方法与开采技术研究 [D]. 辽宁工程技术大学 ,2011. ［3］ 周光华.特厚煤层大采高开采技术研究及应用[D]. 西安科技大学 ,2010. ［4］ 董永夏 , 吕海军 , 张金玉 , 等 .5m 厚煤层一次采全 高实现高产高效 [J]. 东北煤炭技术 ,19960530-33. ［5］ 冯正尧 . 倾斜长壁大采高综采及配套技术 [J]. 煤 ,2005,14048-10. 采用设计合理的推采速度，在不规则区域或高应力 区实时降低推进速度，利于能量的有序释放，可降 低冲击危险性。提出了间歇式开采、确定了间歇式 开采的解危手段。 【参考文献】 ［1］ 贺广零 , 黎都春 , 翟志文 , 等 . 采空区煤柱 - 顶板 系统失稳的力学分析[J].煤炭学报,2007,329897- 901. ［2］ 王宏伟 . 长壁孤岛工作面冲击地压机理及防冲技 术研究 [D]. 中国矿业大学 北京 ,201153-74. ［3］ 姚庆华 . 孤岛煤柱冲击地压危险性评价研究 [D]. 山东科技大学 ,200621-36. ［4］ 于正兴 , 姜福兴 , 桂兵 . 冲击地压危险性的宏观评 价方法在“孤岛”工作面的应用 [J]. 矿业安全与 环保 ,2011,38530-32.