大采深切眼掘进巷道冲击地压防治技术研究

大采深切眼掘进巷道冲击地压防治技术研究

牛斌斌

鄂托克前旗长城煤矿有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 016200

摘要：大采深孤岛工作面切眼掘进巷道是冲击地压防治领域的难点之一，基于理论分析、数值模拟、现场监测等方法，考虑切眼贯通前超前应力、孤岛煤柱集中压力、构造应力等耦合影响，分析了切眼掘进冲击地压致灾因素，给出了切眼掘进巷道的冲击危险性；采取了切眼掘进巷道大断面设计方案，建立了综合防治技术体系；根据现场冲击事件统计结果，分析了掘进期间冲击事件发生特征及其原因，总结了孤岛工作面切眼掘进巷道冲击地压防治的成果。研究表明，采用的技术方案是有效的，可为类似条件冲击地压防治提供参考。

关键词:大采深；孤岛工作面切眼；掘进巷道；冲击地压

引言：对于快速掘进的研究，国内外学者做出了大量的努力：国外主要将锚杆支护技术的改进作为提高掘进速度的关键，通过不断研究开发，逐步实现了锚杆支护的机械化，同时，也在不断加紧掘锚一体化快速掘进装备的研究：国内对锚杆钻机的研究起步比较晚，但是发展较快，并在现场及研究方面都取得良好的效果。国内的工程实践表明，提高巷道掘进速度主要从三方面人手：改进工艺、优化设备以及加强管理。研究通过合理布置爆破孔，运用爆破技术，不但可以有效地预防煤与瓦斯突出的危险性,而且能提高煤巷的掘进速度，研究优化掘进装备的先进性，充分采用综合机械化掘进技术，优化工序间的配置，从而实现快速掘进；通过采用新型的支护设备，优化工艺流程，实现了巷道的快速掘进。从管理的角度分析，以达到快速掘进的目的。

1、大采高综采工艺特点

1.1大采高综采工艺的优点

（1）大采高综采工作面具有很高的劳动生产率，单产较高。（2）工作面所用设备多、复杂，大多为进口设备，设备可靠性高，易管理。（3）可实现工作面快速推进，采空区发火更易控制。

1.2大采高综采工艺的缺点

（1）由于设备大多为进口设备，很多不确定因素都易影响其正常使用与快速维修。（2）设备价格昂贵，生产投资大。（3）当待开采煤层厚度变化较大时很难适应，会降低资源采出率。（4）要求待开采煤层应较稳定，同时顶底板也应较稳定。

1.3现有巷道破坏的情况

1.3.1巷道顶板破碎下沉

该矿四盘区大巷基本采用沿煤层底板掘进，巷道留顶煤，采用锚杆锚索联合支护形式。由于煤层和岩层之间摩擦力比较小，加上锚杆锚索预紧力施加不及时，巷道顶板煤层和岩层很容易分开离层，造成顶板下沉。顶板下沉后，顶板煤体裂隙将会加剧发育，并逐步风化、变形成碎块状，形成网包。一旦形成网包，变形会进一步加剧，顶板继续下沉，影响巷道使用，巷道必须进行巷修。

1.3.2巷道两帮向中间整体移动

在开始掘巷时，两帮就出现向巷道中间整体移动的现象，变形经过一段时间后，又呈现新的平衡状态。然而由于邻近掘巷的扰动及工作面回采动压对它的作用，严重影响巷帮变形，影响巷道使用，巷道需返修，并加强支护。因此应依据一次支护的理念，利用强度和刚度均较高的锚杆锚索组合一次支护巷道，可以有效控制煤岩体变形，并保持其稳定性。

1.4巷道底鼓

巷道变形严重地段随着巷帮变形加剧，巷道底鼓也不断加剧，巷道需要起底才能满足使用要求。巷道维修工程量大，并且存在失修巷道，需要反复巷修，所有这些已严重影响矿井安全生产。

2、综合防冲技术体系建立

2.1巷道锚杆锚索受力分析

巷道锚杆、锚索受力分析试验在胶轮车大巷里进行。胶轮车大巷锚杆、锚索测力计综合测站布置在大巷1400m附近。a)通过对5#～10#顶锚杆受力分析可知，锚杆在巷道掘进期间受力基本是增大的，说明锚杆对维护巷道顶板的完整起到了应有的支护作用。使围岩早期扩容变形、煤体结构面滑动、新裂纹产生及扩张得到有效抑制，起到主动及时支护目的，施加高预紧力矩是一个很好的措施；b)通过对4#、5#顶锚索受力分析可知，锚索在巷道掘进期间其受力变化有一定变动，但是整体受力变动不大，说明锚索受力比较稳定。锚索受力无较大波动，和施工时施加的预紧力基本相等，说明巷道施加高预紧力顶板可稳定维护，但是在掘进动压的影响下巷道顶板有一定变形；c)通过对1#～4#、11#～14#帮锚杆受力分析可知，巷帮锚杆受力在巷道掘进期间受力变化比较大，说明巷道掘进动压对巷帮煤体的影响比较大，巷帮锚杆受力增大，说明巷道采用高预紧力强力锚杆支护后起到了预想的效果，很好地控制了围岩变形；d)通过对1#～3#、6#～8#帮锚索受力分析可知，巷帮锚索受力整体是增大趋势，说明巷帮在掘进动压的影响下有一定变形，围岩变形在锚索受力增大时得到了良好控制。巷道左帮锚索受力波动较大，相比之下右帮受力几乎无波动，显然巷道左帮围岩变形比较大。整体来看，巷帮锚索受力无较大波动，表明巷帮在受强力锚杆锚索支护影响时，巷道围岩变形量不大。

2.2三级强支护与综合监测预警。

2.2.1三级强支护

在一般掘进巷道三级让压“刚柔一体化”强力支护体系（“锚网索＋‘０’型棚＋ｆｑ式支架”三级支护）的基础上，切眼支护设计采用“锚网索＋工字钢微拱棚＋四排顺山抬棚”复合联合支护，顺山抬棚为煤壁侧一排，采空区侧一排（单体柱＋叮ｒ型梁），中间两排（2.8ｍ液压门式抬棚），共四排。这样不但减弱了巷道围岩的冲击危险，而且在冲击地压发生时，塑性区围岩的耗散冲击能与柔性支护设备的吸能让压，都极大地增强了巷道抗冲和防冲能力。掘进期间加强支护的备选防范措施为：切眼巷中部支护加固措施，增加一排或多排顺山门式液压抬棚，由两排变为多排；为防止发生“煤炮”时液压抬棚倾斜和滑移，在抬棚梁左右两侧顶板补打锚索配合钢带对顶梁进行固定，每架顶梁至少使用４根锚索固定，避免平行作业，减少相互影响，并要明确最多允许进入切眼中人数，严格执行人员准入制度。

2.2.2四级监测预警体系

切眼掘进期间，以ARAMIS监测、微震监测、电磁辐射监测、钻屑量监测、应力监测为基础，构建起覆盖全矿井的四级防冲监测体系即：矿区监测一采区监测一工作面监测一局部监测，通过建立四级防冲监测预警体系及时准确掌握井下各区域冲击地压危险信息，为有效采取防治措施提供决策依据。

2.3掘进巷道煤层冲击防治措施

（1）超前进行防冲隐患排查

结合采掘工程平面图及防冲工程平面图，对各掘进巷道的应力分布情况及转移规律进行细致分析，对构造区域周围受采动影响中可能出现的应力集中及安全隐患地点做好排查，提前制定防冲卸压措施超前实施卸压。

（2）常规化煤粉检测

掘进迎头每班及滞后迎头5m两帮各施工一个煤粉检测孔，当煤粉量大于等于2.6kg/m时，及时采取相应的卸压措施（施工卸压孔、煤层注水、施工大直径卸压孔等）当煤粉量大于等于3.5kg/m时，立即停止施工，撤出施工人员，安排防冲专业人员进行卸压解危，待煤粉值降至标准值以下时，方可进入施工。

（3）超前卸压

构造附近（断层、向背斜轴部、煤层相变等）煤岩体内的应力集中程度高。当掘进工作面接近该区域时，可对工作面迎头、两帮实施大直径钻孔或施工卸压炮，使应力向煤岩体深部转移，从而达到卸压的目的。根据多个矿井的实践，比较可靠的卸压钻孔参数为：钻孔直径110～150mm，钻孔间距不大于2m，钻孔深度不小于20m，孔口高度1.2～1.5m；卸压炮炮眼深度12m，装药6m。

3、结论

采用煤层注水扩隙和爆破增裂的方式，改变煤岩层的变形破坏形态、应力集中程度、冲击能量积聚和释放特征，降低甚至消除了巷道冲击地压发生的能量源，达到防治冲击地压的目的。两顺槽采用爆破和注水卸压后，采用钻孔应力计监测应力状况验证卸压效果，根据监测结果可知，压力值始终保持在5-6MPa之间，工程缺陷法卸压在1315工作面取得良好效果。

参考文献

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