工作面防冲击地压措施

***煤柱面防冲击地压措施

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总工程师：

****煤矿生技科

二〇一四年十月

3301煤柱面面长度80m, 且上下两侧都是采空区，停采线一侧为采空区，为孤岛工作面。

一、3301煤柱面概况

3301煤柱面位于3301工作面与3119工作面之间；上部为3119工作面采空区间距20m ，下部为3301工作面采空区最小间距10m ，停采线一侧为33采区运输巷及3302采空区。3煤厚0.5～1.5m ，平均厚1.1m ，属稳定的薄煤层；煤层倾角10°～20°，平均为15°，ｆ=1.5～2，煤层部分为单层结构，其余部分为双层或叁层结构，夹矸岩性为泥岩；老顶为粉砂岩厚12m ；直接顶为粘土岩厚2.5m 、粉砂岩厚7m ；直接底为泥岩、粘土岩厚5m ；老底为中细砂岩、泥岩、细砂岩、泥岩厚18m 。工作面走向长为270m ，倾斜长80m 。

二、 冲击矿压防治方案选择

冲击矿压的治理是整个矿压研究体系中最重要的一环，目前常用的方法有大直径钻孔卸压、煤层注水、煤体卸压爆破、顶板深孔爆破以及正在试验研究的水力割缝卸压。

大直径钻孔卸压是指在煤岩体内应力集中区域或可能的应力集中区域实施直径通常大于100 mm的钻孔，通过排出钻孔周围破坏区煤体变形或钻孔冲击所产生的大量煤粉，使钻孔周围煤体破坏区扩大，从而使钻孔周围一定应力区域煤岩体的应力集中程度下降或者高应力转移到煤岩体的深处，实现对局部煤岩体进行解危的目的，起到预卸压的作用。该方法就是在煤岩体未形成高应力集中或不具有冲击

危险之前，实施卸压钻孔，使煤岩体不再形成高应力集中或冲击危险区域。

大量的研究表明，煤系地层岩层的单向抗压强度随着其含水量的增加而降低，在两巷顶部及煤体中进行高压及静压注水，通过压力水的物理化学作用，软化煤体，降低煤层的冲击倾向性，使高应力区向深部转移，将煤体内可以逆转的弹性能转化为不可逆转的塑性能，限制诱发冲击的应力条件，从而达到解危的目的，同时还可起到防火降尘的作用。

煤体卸压爆破是对已形成冲击危险的煤体，用爆破方法减缓其应力集中程度的一种解危措施。卸压爆破在煤体中产生大量裂隙，使煤体的力学性质发生变化，弹性模量减小，强度降低，弹性能减少，破坏了冲击矿压发生的强度条件和能量条件。煤体卸压爆破的主要作用有降低煤体的强度、冲击倾向性，将支承压力高峰值向煤体深部转移、形成松散煤体阻隔带，并有可能诱发高应力区域能量释放，形成人工控制诱发冲击矿压，从而避免冲击矿压造成灾害。

顶板爆破是对于顶板在其集聚大量能量前实施顶板深孔爆破可有效降低矿压危险性，其原理为：在前方，利用深孔爆破释放的能量，并在顶板中预制定向裂隙，回采后，顶板在上覆岩层作用下将沿预制裂隙回转下沉，而不会形成大面积的悬顶结构。

根据柳泉煤矿3301工作面的实际情况，建议采取煤体大直径钻孔卸压及煤层注水作为提前预防性防冲技术方案，采用煤体大直径钻孔、煤体爆破卸压作为主要即时解危方案，在高应力区优先采用大直

径钻孔进行卸压，若效果不佳则进一步采取顶板预裂爆破等措施，直到冲击危险得到解除。

三、 掘进工作面冲击矿压防治方案

1、钻屑法测定异常区

用钻屑法对工作面进行冲击倾向及冲击危险性程度探测

1.1、在工作面外边压力正常的煤层中打眼20个孔，直径42mm ，深度6～8m ，间距3～5m ，钻孔平行于煤层倾斜方向，高度距底板1.0～1.2m ，记录其每孔每米煤粉量，然后用加权平均法对其进行处理，以此作为标准煤粉量（正常值）并画出标准煤粉量曲线，标定其煤粉量峰值。

.1.2、从工作面煤壁往外巷道两帮每隔3～5m 打一钻孔，记录其每孔每米煤粉量，然后和标准煤粉量进行比较，算出其差值。

1.3、如差值超过正常值1倍及以上，则表明该区域已具有冲击危险性，必须采用爆破松动法对其进行超前卸压。

2、煤体大直径钻孔卸压

工作面掘进过程中，当监测到钻屑量超标时，在钻屑量超标区域实施大直径钻孔进行卸压。大直径钻孔布置间距2～3 m，孔径100 mm以上（根据矿上实际情况选择），孔深10 m，平行煤层，单排布置，孔距离底板0.5 m左右，注意与钻屑孔错开。在钻孔卸压完毕后，应在卸压孔附近位置再次打钻屑孔监测煤粉量，判断是否消除了冲击危险。大直径钻孔卸压解危布置如下图2-1所示。

图2-1 煤体大直径钻孔卸压解危钻孔布置示意图

3、煤体爆破卸压

在采取上述解危措施进行卸压后，要利用钻屑法检测卸压效果以及围岩的应力状态，对钻屑量仍然异常的两帮与迎头需要进行爆破卸压，分别在钻屑异常的两帮监测孔及前后各5 m处（距底板高同钻屑监测孔）再次施工钻孔进行爆破卸压，对于迎头钻屑异常，同样采取钻孔爆破卸压，如图2-2所示。

图2-2 煤体爆破卸压解危钻孔布置图示意（以实体煤巷道为例）

爆破参数：煤帮炮眼采用煤电钻、麻花钻杆配合φ42 mm钻头施工。炮眼距底板1.5 m，眼深10 m，间距5 m，炮眼角度平行于煤层。每孔采用反向装药，封孔长度5 m，装药量3.0 kg。一个炮眼中采用

3个炮头，一次爆破1个孔。联线方式，孔内并联，孔间串联。煤体卸压爆破装药图如图2-3所示。

钻

孔

直

径

1—脚线；2—雷管；3—炮泥；4—炸药卷；5—导爆索

图2-3 煤体卸压爆破装药图

煤体卸压爆破安全措施要求严格按《煤矿安全规程》、《煤矿工人安全操作规程》和《爆破安全规程》中有关规定执行。

四、 回采工作面冲击矿压防治方案

1、 工作面回采前整体预卸压措施

工作面长度较短，应力集中程度高，冲击危险性整体较大。因此在工作面回采前，需首先对两巷进行大直径钻孔卸压等卸压预处理，使工作面积聚的弹性能得到一定程度的释放，降低巷道两侧煤体的应力集中程度，降低工作面的冲击危险性。

1）煤体大直径钻孔卸压

工作面回采之前，首先对工作面切眼前方200 m区域范围及确定的冲击危险区域巷道实体煤帮实施钻孔卸压预处理，并随工作面推进补打钻孔，保证大直径钻孔卸压区域始终超前工作面100 m。大直径钻孔卸压参数：卸压孔间距2～3 m，钻孔深度15～20 m，钻孔直径100 mm以上（根据矿上实际情况选择），钻孔距巷道底板1.5 m左右，平行煤层方向，钻孔单排布置，在确定的工作面中等及以上冲击危险

区域加密钻孔。如工作面侧出现渗水情况，可在渗水区域不做大直径钻孔卸压，若钻孔施工后出现压实闭合，在原两钻孔之间重新补打大直径卸压钻孔。工作面大直径钻孔整体预卸压布置示意图如图2-4所示。

图2-4 工作面大直径钻孔预卸压布置示意图

2）煤层注水（选用）

工作面回采之前，根据冲击危险的监测情况，还可选择在超前工作面前方100 m范围以外进行煤层注水。注水孔在工作面两顺槽实体煤帮布置，注水孔间距为10～20 m （根据危险性程度及煤层实际情况可适当进行调整），与大直径卸压钻孔错开，位置距巷道底板1.5 m，钻孔平行于煤层倾斜方向施工，钻孔直径42 mm，钻孔长度15～20 m，钻孔封孔长度为10 m。注水孔布置如图2-5所示。

图2-5 煤层注水钻孔布置示意图

煤层注水应注意以下几点：

① 提前注水时间不少于30天，超前注水距工作面回采不少于100 m。

② 注水孔平行于煤层方向，布置在采高的中部或巷道断面中心，避免穿过断层带及破碎带。

③ 每班注水两次，每次注水时间不少于３小时，并测量注水水压、注水量，做好相应的记录工作。

④ 工作面安装高压低流量注水泵，注水压力取6～12 MPa ，要缓慢加压，每次增压0.2 MPa，每次增压20 min，逐步增加到所定压力，每孔流量1.5 m/h。当注水压力下降5 MPa左右时（或者水压较小时降到5 MPa ）或注水后巷帮周围的煤体含水率达到4%，认为注水达到效果，可停止注水。

2、工作面回采期间冲击危险解危措施

在工作面回采过程中，若采用钻屑法监测到异常，并且通过检验确定存在冲击危险，必须采取解危措施。卸压解危主要应用煤体大直径钻孔、煤体卸压爆破及顶板预裂爆破等方法。在高应力区优先采用煤体大直径钻孔进行卸压，若异常区域应力值很高，煤岩体处于极限应力应力状态或大直径钻孔和煤层注水效果不佳时，可进一步采用其他卸压措施。

1）煤体大直径钻孔卸压

针对监测到的冲击危险区域，首先采用煤体大直径钻孔卸压措施进行卸压处理。在前期所打卸压钻孔的基础上，在危险区域以及危险区域前后各30 m 范围内巷道实体煤帮进行补打卸压孔卸压，进一步弱化煤体释放煤体弹性能。

大直径钻孔卸压参数：间距2～3 m，钻孔深度15～20 m，钻孔直径100 mm以上，钻孔布置在原卸压钻孔中间，钻孔距巷道底板1.5 m ，平行于煤层方向，钻孔单排布置。采用大直径钻孔进行卸压处理后，对危险区再次用钻屑法等进行冲击危险检测，若危险继续存在，应采取进一步的解危措施，如图2-6所示。

图2-6 工作面回采过程中大直径钻孔卸压布置示意图

2）煤体卸压爆破

对于中等及严重危险区域，当工作面已进行过大直径钻孔卸压等措施，但在回采过程中，且根据钻屑法等判断工作面仍具有冲击危险时，对钻屑量仍然异常区域应立即采取煤体卸压爆破，分别在钻屑异常的监测孔及前后各5 m处（距底板高同钻屑监测孔）再次施工钻孔进行爆破卸压，卸压爆破在顺槽中实施，对实体煤帮进行卸压爆破，爆破卸压布置示意图如图2-7所示。爆破后用钻屑法检查卸压效果，以确定冲击危险状态，如果在卸压爆破范围内仍有冲击矿压危险存在，则进一步采取措施，直至解除冲击矿压危险为止。

图2-7 工作面煤体爆破卸压布置示意图

爆破参数：煤帮炮眼采用煤电钻、麻花钻杆配合φ42 mm钻头施工，炮眼距底板1.5 m，眼深10 m，间距5 m，炮眼角度平行于煤层。每孔采用反向装药，封孔长度5 m，装药量3.0 kg。一个炮眼中采用3个炮头，一次爆破1个孔。联线方式，孔内并联，孔间串联。

3）顶板预裂爆破（选用）

对于严重冲击危险区域，在采用大直径钻孔、煤体爆破卸压解危效果不佳的情况下，若工作面冲击危险依然较大，可采取顶板爆破预裂措施，切断顶板，以降低工作面老顶的周期来压步距和顶板活动剧烈程度，降低煤体的应力集中程度和冲击危险性。

爆破在工作面两顺槽内进行，在巷道顶板位置每隔6～7 m 采用顶部锚杆钻机向上打钻，1.5 m六角中空钢钎配合φ42 mm钻头施工，炮眼深度20 m（具体以切断上方坚硬老顶岩层为准），封孔长度10 m，装药长度10 m，用爆破切断悬顶。爆破采用煤矿安全许用水胶炸药、毫秒延期第一段电雷管配合FMB-200型发爆器起爆，一次爆破3个钻孔，联线方式为孔内并联，孔间串联。如下图2-8所示。

图2-8 工作面顶板预裂爆破布置示意图

3、冲击矿压解危效果检验

在实施冲击矿压治理措施之后，需要进行效果检验，可通过钻屑法等监测方法进行，通过对比爆破前后的钻屑量断冲击危险是否得到解除，如果危险依然存在，则继续在原来的区域进行解危，然后再检验效果，直到解除危险为止。对于8324工作面冲击危险情况制定相应的冲击矿压防治体系，从防范与治理方面往下开展，在先后采取各种治理措施的同时及时采用钻屑法进行检验，并确定下一部治理或者解危措施。如图2-9所示。

回采前

大直径钻孔卸压煤层注水

3301煤柱面冲击矿压防治体系

大直径钻孔卸压

煤体爆破卸压

顶板顶裂爆破

回采期间

图2-9 工作面冲击矿压防治体系示意图

4、 其它措施

1）严格工作面质量管理，保证支架迎山、排柱距、支柱初撑力及工作阻力等符合标准。

2）在工作面中使用好贴帮柱、抗柱、单（双）排倾斜抬棚、木跺等以及拉钩、稳绳等控制放炮，使支架不失稳，双层笆片护顶，确保顶板不空。

3）积极组织正规循环作业，灵活使用调面措施，加大工作面推进速度。

4）专人维护两道，对工作面超前段采用“宽巷维护法”, 即通过刷帮，增加断面。超前30-50m 范围内，两帮采用双排走向棚、棚间加直径18cm 半圆木护顶。

5）工作面回柱时洒水，两道超前段插管注水，既能防尘也有利于减少冲击危险。