厚煤层综放开采冲击地压防治及工程实践

马福军 李宗超

(山东鲁泰控股集团有限公司)



厚煤层综放开采冲击地压防治及工程实践

马福军 李宗超

(山东鲁泰控股集团有限公司)

基于东滩煤矿43上13综放工作面冲击地压显现强烈，采用RFPA软件对工作面回采过程冲击地压进行数值模拟，并制定了钻孔卸压、深孔爆破等技术措施，有效降低了工作面发生冲击地压的可能性。实践表明：大采深、煤层结构、顶板特性、地质构造复杂是导致43上13工作面发生冲击地压的主要因素。

厚煤层 RFPA数值模拟 冲击地压 钻孔卸压 深孔爆破

1 综放工作面煤柱区域冲击地压显现特征

(1)采区及工作面概况。东滩煤矿43上13综放工作面位于四采区南部，主采3上煤层倾角10°，平均厚度6 m，埋藏深度596.86～672.86 m。煤层结构发育两层夹矸：一层位于3上煤底板之上1.80～2.40 m，厚0.02～0.03 m，岩性为粉砂质泥岩；另一层位于3上煤底板之上4.00～5.37 m，厚0.30～1.28 m。煤层结构复杂，煤厚稳定。

直接顶为粉砂岩，深灰色，性脆，泥质胶结，层理较发育，f=4～5，平均厚4.30 m；基本顶为中砂岩，浅灰～灰白色，以石英为主，含少量长石及云母碎片，南薄北厚，f=6～7，平均厚14.70 m。

(2)冲击地压显现特征。43上13综放面切眼北侧对应43上14工作面运顺初始段，43上14工作面轨顺与切眼沿空布置，自轨顺掘进到距开门点 780 m 时切眼扩刷完毕，掘进过程中，全程监测冲击地压，矿压正常；当运输顺槽掘进23 m时，迎头及煤帮压力正常，但在迎头后侧南帮发生吸钻、卡钻现象，在超标钻孔对应位置北帮处施工监测孔，监测数据超标。

2 43上13综放工作面冲击危害性数值模拟

为了解43上13工作面回采过程中冲击地压显现状况，采用RFPA数值模拟软件进行模拟分析。

2.1 网格划分

模型网格划分为170 m×240 m(图1)，在Y方向上均布加载15 MPa，X方向加零位移约束，计算步数为3步(包括步中步)。

图1 43上13工作面数值模拟网格

2.2 数值模拟各岩层参数

力学参数以地质报告和现场实测数据为准，结合数值模拟反演所得数据进行综合分析。岩层参数如表1所示。

表1 模型岩层力学参数

2.3 数值模拟分析

经过数值模拟，分析43上13工作面超前支承压力分布情况，见图2。

图2 43上13工作面垂直应力监测

由图2可知，工作面超前支承压力明显影响范围超前14～15 m处，峰值位置超前6～7 m处。

2.4 现场实测分析

从顶板动态仪监测结果(图3)可得出，在工作面前方3～16 m存在超前压力影响。对43上13工作面进行了30 m的超前支护，能够有效地控制开采对工作面巷道的影响。

图3 43上13工作面顶板动态仪监测

3 43上13工作面冲击危害性预防措施

遵照冲击地压危险区域的治理程序“监测→解危→效果检验→再治理→危险解除”，及时消除冲击地压危险隐患[1-3]。

3.1 大直径钻孔卸压方法

在监测出冲击地压危险区域，采取大直径钻孔卸压[4-6]。钻孔直径不小于110 mm，垂直于巷帮，孔间距不大于3 m，深度16 m，钻孔距底板1.2 m左右，单排布置。

若冲击危险区域不易施工大直径钻孔，也可采取中等直径钻孔卸压预处理。采用德国哈泽玛格公司生产的FIV型手持式气动钻机，钻头直径65 mm或国产ZQS-65/2.5手持式气动钻机，钻头直径75 mm，施工卸压钻孔，垂直于巷帮，间距1 m(或采用2 m/组，3孔/组布置)，钻孔深度16 m，钻孔距底板1.2 m左右，单排布置。

3.2 深孔爆破卸压方法

在巷道帮部每隔3 m布置一个深孔爆破卸压孔，孔径42 mm，孔深10 m。选用矿用乳化炸药(药卷长度150 mm，重100 g)，每孔装30卷，重3.0 kg，长度为4.5 m；采用正向装药，孔内均匀布置4个并联的雷管，采用MFD-150型起爆器，一次起爆1个炮眼。

4 结 论

按照东滩煤矿特厚煤层综放工作面冲击危险监测体系、冲击危险控制体系和安全管理制度的要求，采取爆破卸压、大直径钻孔卸压解危等综合防治措施，并实行监测→解危→效果检验→再治理→危险解除的管理流程，有效地减少了矿压显现的强度，取得显著的防治效果。

[1] 齐庆新,窦林名.冲击地压理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2008.

[2] 高明仕,窦林名,张 农，等.冲击矿压巷道围岩控制的强弱力学模型及其应用分析[J].岩土力学，2008,29(2):359-364.

[3] 胡国伟,靳钟铭.大采高综采工作面矿山压力观测及其显现规律研究[J].太原理工大学学报，2006(2):127-130.

[4] 钱鸣高,缪协兴,许家林，等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.

[5] 窦林名,何学秋.冲击地压防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2002.

[6] 齐庆新.我国冲击地压现状与研究进展——采矿工程新论[M].北京:煤炭工业出版社,2005.

2016-09-09)

马福军(1978—)，男，通防部部长，助理工程师，272100 山东省济宁市。