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冲击地压煤层大型构造区巷道掘进防冲技术研究与应用 * 吕大钊 1， 亢晓涛2， 聂书遥1 （1. 陕西彬长孟村矿业有限公司 ， 陕西 长武 713600； 2. 陕西彬长矿业集团有限公司 ， 陕西 咸阳 712000 ） 摘要 对于冲击地压煤矿而言， 大型地质构造往往对冲击地压的发生起明显促进作用， 甚至起主导 作用。 研究大型构造影响区掘进巷道的冲击地压防治技术， 对冲击地压煤矿具有重要意义。 本文结合 陕西彬长矿区孟村煤矿，对中央一号辅运大巷穿越 DF29 断层期间的防冲方案进行不断的探讨和优 化， 实施 “强支护、 强卸压” ， 使该巷道顺利穿越了断层， 为冲击地压煤矿在大型构造影响区掘进期间的 防冲工作提供了参考。 关键词 冲击地压煤矿 ； 冲击地压防治技术 ； “强支护、 强卸压” 、 防冲 中图分类号 TD324文献标志码文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0046-04 Research and Application of Roadway Driving and Scouring Prevention Technology in Large Structural Area at Rockburst Coal Seam LV Dazhao1, KANG Xiaotao2, NIE Shuyao1 （1. Shaanxi Binchang Mengcun Mining Co., Ltd. ， Changwu 713600 ， China ; 2. Shaanxi Binchang Mining Group Co., Ltd. ，Xianyang 712000 , China ） Abstract For rock burst coal mines, large geological structures often play a significant role in promoting or even leading the occurrence of rock burst. It is of great significance to study the prevention and control technology of rock burst in driving roadway in large-scale tectonic influence area for rock burst coal mine. Combining with Mengcun Coal Mine in Binchang Mining Area of Shaanxi Province, this paper discusses and optimizes the scour prevention plan of No. 1 auxiliary transportation roadway of the central government during the period of crossing DF29 fault, implements “strong support and strong pressure relief“, makes the roadway pass through the fault smoothly, and provides reference for scour prevention work of rock burst coal mine during excavation in large tectonic impact area. Key words Rockburst Coal Mine ； Rockburst prevention technology ； “Strong support, strong pressure relief” ； Prevention shock 0前言 冲击地压是矿山开采与巷道开掘中的一种动力 灾害[1-2]。目前对动力灾害发生机理的认识仍有待进 一步深入， 监测预警水平还相对较低， 很多矿井受地 质条件限制， 如断层等影响导致其冲击地压事件频发 [3- 8]。陕西彬长矿区孟村煤矿开采的 4 煤层均厚 16m，埋深普遍 700m～890m，最大水平主应力为 31.5MPa， 属高地压型、 强冲击倾向性煤层。矿井中央 大巷布置五条巷道， 受 X1 向斜 （延展 1455m ） 、 DF29 断层 （H＞30m ） 和 B2 背斜 （延展 2980m ） 等大型构造 影响显著， 掘进期间曾发生冲击显现 2 次， 防冲形势 严峻。以中央一号辅运大巷防冲为例， 对巷道在大型 地质构造影响区掘进期间的防冲技术进行探讨。 1工程背景 中央一号辅助运输大巷沿 4 号煤层中部布置， 掘进方位 270， 坡度为 - 2～3.5范围。中央一号 辅助运输大巷断面净尺寸 20.1m2，墙基础 100mm。 水沟布置于巷道北帮，规格为宽高 400 400mm；地坪厚度 300mm，铺底混凝土强度等级 C30。中央一号辅运大巷位置见图 1。 图 1中央一号辅运大巷平面图 临时支护采用金属吊环与空心钢管组成的前探 梁。 图 2 为该巷道临时支护平面图、 剖面图。 前探梁由 3 根 4m 长的 3 寸厚皮钢管制成， 钢管壁厚 6mm。吊 环采用 4 寸厚壁钢管制作， 长度为 150mm， 吊环上牢 固焊接与支护锚杆配套的高强螺帽。 前探梁一律采用 一梁三环吊挂方式，正常施工时，前后吊环间距为 1400mm， 左右前探梁间距为 1400mm， 前探梁必须紧 跟迎头前移。前探梁上方用方木背实接顶， 并用木楔 加紧。方木规格为长宽厚 1800150 100mm。 循环进尺为 0.7m， 最小控顶距为 0.3m， 割煤后 最大控顶距为 1.0m。当巷道进入岩层， 且在顶板围 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 * 基金项目 国家自然科学基金 （项目编号 51874231 ） 46 ChaoXing 岩坚硬稳定情况下， 最大空顶距为 1.7m， 最小控顶 距不变。若工作面顶板出现岩层破碎， 节理裂隙发 育时， 立即缩小循环进尺至 0.7m。施工地点必须备 足临时支护材料， 9 个备用吊环、 20 块木楔、 20 块背 板。垛放整齐， 存放地点距迎头不大于 50m。 图 2巷道临时支护平面图、 剖面图 掘进迎头处于 X1 向斜和 DF29 断层之间， 距离 X1 向斜轴部、 DF29 断层分别为 80m 和 72m，掘进 期间对工作面迎头、 两帮和底板采取了大直径钻孔 卸压处理，迎头卸压孔每轮 3 个，长 80m，孔径 113mm， 三花型布置， 每掘进 65m 施工下一轮卸压 孔； 两帮及底板卸压孔参数如表 1 所示。 表 1两帮及底板卸压孔参数表 2018 年 7 月 6 日 912 分该巷道掘进时，迎头 区域发生冲击地压，导致工作面掘进前方 1m 长 1.5m 高煤体向巷道内抛出，迎头向外 5m 范围内右 帮向巷中偏移 0.6～1m，顶部有大量小块煤体脱落， 十余块木托板被打翻或破裂。 2冲击地压影响因素分析 2.1地质构造因素 中央一号大巷掘进区域处于 X1 向斜和 DF29 断层之间，受褶曲及断层构造的复合作用影响， 该 区域煤体应力集中程度高，且断层存在活化现象， 在掘进扰动作用下极易诱发冲击地压。该矿微震监 测数据显示， 巷道掘进至 X1 向斜和 DF29 断层复合 构造区时，微震事件的频次和能量上升幅度达到 30， 冲击危险性显著升高。 2.2巷道布置因素 中央一号辅运大巷附近的中央一号回风大巷、 中央胶带大巷率先掘进完成，区间煤柱均为 35m， 造成中央一号辅运大巷掘进前方为宽度 75m 的 “孤 岛煤柱” 。两侧巷道的水平侧向应力叠加， 导致煤柱 体内应力高度集中。 3冲击地压防治方案 3.1卸压方案 3.1.1巷道实施二次钻孔卸压 即中央一号辅运大巷暂停掘进， 对迎头 35m 范 围内两帮及底板实施二次钻孔卸压，钻孔长度 20m， 孔间距 0.7～1.4m， 垂直巷帮， 如表 2 所示。 表 2二次卸压钻孔参数表 3.1.2 “孤岛煤柱” 卸压 从中央一号辅运大巷两侧的巷道 （中央一号回 风大巷和中央胶带大巷） 向中央一号辅运大巷掘进 前方施工卸压孔， 并保持卸压范围始终超前掘进迎 头 20m 以上， 具体如表 3、 图 3 所示。 表 3两帮及底板卸压孔参数表 （a）平面图 （b）剖面图 图 3两侧巷道钻孔布置平、 剖面图 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 施工位置长度 /m孔径 /mm 孔间距 /m 倾角 / 封孔长度 /m 封孔材料 右帮201130.703水泥砂浆 左帮201131.403水泥砂浆 底板101131.4- 60// 施工位置长度 /m孔径 /mm 孔间距 /m 倾角 / 封孔长度 /m 封孔材料 右帮141131.403水泥砂浆 左帮141131.403水泥砂浆 底板101131.4- 60// 施工位置长度 /m孔径 /mm 孔间距 /m 开孔高度 开孔角度 开孔方位 中央胶带 大巷 551131.41.2- 1.5m- 6210 中央一号 回风大巷 401131.41.2～1.5m- 14.20 47 ChaoXing 3.1.3强化支护方案 增强锚索支护强度， 即将巷道锚索在原 “五五” 布置基础上每排增加 3 根（右肩补 1 根，右帮补 2 根） ， 排距由 1.4m 调整为 0.7m， 其他支护参数不变， 如图 4 所示。 图 4巷道断面支护图 增加 U 型支架支护。即对掘进迎头距断层 20m 处开始增设 29U 型支架， 支架间距 700mm， 相邻两 支架之间采用拉杆进行链接， 支架顶及帮采用道木 背实， 后进行喷射混凝土至设计厚度。 4微震监测数据对比 采取强化卸压措施前， 微震监测数据显示， 2018 年 6 月 6 日 ～7 月 6 日 （30 天） 该巷道共发生微震事 件 491 次， 其中 105J 和 104J （大能量， 有破坏性 ） 共计 72 次， 占比达 14.66， 具体如图 5、 表 4 所示 图 56 月 6 日 ～7 月 6 日微震事件分布图 表 46 月 6 日 ～7 月 6 日微震事件统计表 采取强化卸压措施后，微震监测数据显示， 2018 年 7 月 8 日 ～8 月 6 日 （30 天）该巷道共发生 微震事件 213 次， 其中 104J 能量事件 35 次， 无 105J 以上能量事件， 具体如图 6、 表 5 所示 表 57 月 8 日 ～8 月 6 日微震事件统计表 图 67 月 8 日 ～8 月 6 日微震事件分布图 从图 7 所示的中央一号辅运大巷 6 月 7 日 ～8 月 6 日微震活动规律可以看出， 采取防冲措施后一 个月内该巷道微震事件的能量和频次均显著降低， 频次减少 56.6， 冲击危险程度大幅降低， 保障了巷 道的安全掘进。 图 7中央一号辅运大巷 6 月 7 日 ～8 月 6 日微震活动规律 5结论 1） 中央一号辅运大巷冲击地压影响因素以大 型地质构造为主导， 受 X1 向斜和 DF29 断层构造复 合作用影响， 煤体应力集中程度高， 掘进期间极易 诱发冲击地压。 2） 多巷平行掘进时， 要合理组织巷道呈 “阶梯 式” 先后掘进， 避免两侧巷道先掘、 中间巷道后掘， 导致中间巷道掘进前方形成高应力集中的 “孤岛煤 柱” 。 3） 对于多巷平行掘进形成的 “孤岛煤柱” ， 可采 取从临近巷道向掘进巷道施工卸压钻孔的方法， 有 效降低煤柱体内的应力集中程度， 大幅降低冲击危 险性。 4） 防治煤矿冲击地压要采取强卸压与强支护 相结合的 “双强” 防冲措施， 二者相辅相成， 不可偏 废其一。 参考文献 [1] 蓝航.浅埋煤层冲击地压发生类型及防治对策[J].煤炭科 学技术,2014,42 （1） 9- 13. 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[8] 原德胜,韩拴祥,武光辉.胡家河矿井掘进工作面动力显现 机理及防治研究[J].煤矿开采,2014,19 （4） 103- 105. 作者简介 吕大钊 （1983 - ） ， 男， 河南驻马店人， 高级工程师， 长期 从事煤矿采矿与安全技术管理工作。 （收稿日期 2019- 05- 20） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 示。 对表 2 中的不同垂高下的高抽巷抽采瓦斯浓度进 行整理， 得到如图 3 所示的折线图。 表 2不同垂直距离时各观测点的瓦斯浓度表 图 3不同垂距下高抽巷抽采瓦斯浓度变化趋势曲线图 根据数值模拟的结果可以看出， 随着高抽巷底板 与采空区底板垂直距离的增大，高抽巷抽采瓦斯浓 度、 上隅角瓦斯浓度、 抽采瓦斯纯量数值在整体上均 呈现为先增大后减小的趋势。 在高抽巷与煤层顶板垂 直距离为 10m的区域范围内，回采工作面与高抽巷 的距离较近， 使回采工作内的瓦斯会有一部分能够运 移至高抽巷内， 从而高抽巷能够抽采采空区裂隙带内 的瓦斯， 并且由于高抽巷位于裂隙带的位置， 能够有 效的抽采裂隙带内的瓦斯， 因此高抽巷内的瓦斯浓度 较高， 抽采纯量较其他层位也相对较大， 达到最好的 抽排效果。在距煤层顶板 10m以内时， 随着距离的减 小， 浓度较小是由于与工作面距离太近， 虽然能抽排 一部分工作面内的瓦斯， 但是采空区内巷道处于冒落 带内， 抽到的采空区的瓦斯很少， 因此总量也就较少。 而当高抽巷与煤层顶板间距由 10m 继续增大时， 高 抽巷虽然全部处在裂隙带内， 能够抽采采空区上浮瓦 斯， 但是由于与工作面的垂直距离较大， 瓦斯向上移 动的阻力增加，很难抽到 15501 综放工作面内的瓦 斯， 因此抽到瓦斯的浓度、 纯量均逐渐减小。 4结论 综上所述，当高抽巷与煤层顶板板垂直高度为 10m左右时， 高抽巷抽采瓦斯浓度最大、 纯量最高， 同 时在高抽巷的作用下工作面上隅角瓦斯浓度为 0.62,符合 煤矿安全规程 中规定的上隅角瓦斯浓 度低于 1的要求。 理论计算的结果为高抽巷的最 佳位置应当在距煤层顶板垂直距离为 13.2m 到 46.2m之间， 数值模拟的结果表明垂距应该在 10m左 右，因此结合着 15 煤层顶板的具体情况， 15501 工 作面低位抽放巷为沿 15 煤老顶上部 K2 石灰岩为 顶板掘进的全岩巷， 巷道顶板为岩层， 两帮为泥岩， 属 Ⅱ类巷道， 与煤层顶板的垂直距离平均为 8.92m。后 期的瓦斯抽采验证了高抽巷位置的合理性。 参考文献 [1] 李桓宇. 余吾煤业 S1206 工作面从 “双 U” 到 “U 高抽巷” 布置的探索[D].太原理工大学,2018. 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