徐志強

（鶴崗礦業(yè)集團公司興安煤礦,黑龍江 鶴崗 154102）

興安煤礦17層煤頂板和煤層具有強沖擊傾向性，三水平北17層三四區(qū)一段頂分層在掘送巷道的過程中掘進時共發(fā)生5次沖擊地壓，其中2次沖擊地壓造成工作面停產(chǎn)。三水平北17層三四區(qū)二段工作面為興安煤礦綜采一隊接續(xù)工作面，由5101掘進隊、5202掘進隊掘送，保證掘送巷道期間人員與延米達到安全高效的目的。在準備掘送三水平北17層三四區(qū)二段巷道時，根據(jù)開采條件方面對比，掘送賦存更深的二段時沖擊危險更為嚴重。從優(yōu)化巷道布局入手，采用負煤柱布置回風道，即把二段回風道布置在一段頂分層機道下掘送，使回風道處在免壓區(qū)內(nèi)，從根本上治理沖擊地壓。

1 概況

工作面位于三水平北17層三四區(qū)二段，上至回風道（標高-307.2～ -319.9m），下至機道（標高-401.6～ -415.6m），北起切眼位置，南至設(shè)計停采線。走向長1080m，傾斜平均長176m，平均煤厚為11.3m。上覆北11層工作面已開采完畢，下覆21層未開采，區(qū)內(nèi)勘探鉆孔未測斜。與上覆11層間距117～191m，下覆21層間距95～126m。

從鉆孔實際描述以及掘送巷道實際情況看，煤層夾矸為4～6層0.22～0.95m的粉砂巖及炭頁巖，走向185～195°、傾角28～36°，煤層結(jié)構(gòu)較簡單。煤層硬度0.31～0.71，煤層層理、節(jié)理發(fā)育。煤層偽頂為0.2～3.33m炭頁巖,直接頂為5.2～14.9m的灰色粉砂巖,以石英、長石為主，含炭屑，膠結(jié)堅硬，層理明顯。基本頂為12～55.15m的中粗砂巖,分選差，夾細砂巖薄層，局部少量炭質(zhì)，巖石類別為Ⅲ，為中等穩(wěn)定頂板。底板為4.5～5.5m的凝灰質(zhì)粉砂巖，巖石類別為Ⅱ。

2 工作面鄰區(qū)鄰層情況

（1）鄰區(qū)：本區(qū)域回風道在采空區(qū)內(nèi)施工，北側(cè)以F1號斷層下盤為界，南側(cè)以L1號斷層下盤為界，現(xiàn)南北西側(cè)無其他工作面。

（2）鄰層：本煤層在13-14′勘探線上覆11層煤，在13′勘探線以北已開采完畢，以南尚未開采。

風道開門點向北463m為一水平北三四區(qū)3層三段停采線；風道開門點向北663m至風道開門點向北687m為一水平北三四區(qū)3層三段遺留煤柱；風道開門點向北392m為二水平北三四區(qū)9層一段停采線；風道開門點向北888m為二水平北三四區(qū)9層一段停采線；機道開門點向北325m為二水平北三四區(qū)3層一段停采線；機道開門點向北970m至開門點向北1145m為二水平北三四區(qū)3層一段煤柱。

工作面中部留有一水平北三四區(qū)3層三段和二水平北三四區(qū)3層一段階段煤柱；一水平北三四區(qū)3層三段遺留煤柱二處；二水平北三四區(qū)9層二段遺留煤柱一處。詳見圖1、圖2。

圖1 二段底分層與一段采掘工程關(guān)系對照圖

圖2 二段底分層與一段采掘工程平面圖

3 沖擊傾向及沖擊危險評價

（1）根據(jù)煤層測定數(shù)據(jù)結(jié)果表明17層煤層為強沖擊傾向性。

（2）根據(jù)巖層測定結(jié)果表明17層煤層為強沖擊傾向性。

（3）根據(jù)自然地質(zhì)條件定性因素分析：

由開采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應(yīng)力增量與正常應(yīng)力之比γ按下式進行計算：

γ=（σg-σ）/σ=(33.42-21.16)/21.16=0.579

式中：

σg-增高的應(yīng)力；

σ-正常應(yīng)力。

當γ大于30%時，開采區(qū)域內(nèi)構(gòu)造引起的應(yīng)力增量與正常應(yīng)力之比的系數(shù)取3。

自然地質(zhì)條件因素對沖擊地壓危險狀態(tài)的影響程度及沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)Wt1按下式進行計算：

式中：

Wt1-沖擊地壓危險指數(shù)；

Wimax-每i個自然地質(zhì)條件因素中的最大指數(shù)值；

Wi-采掘工作面周圍第i個自然地質(zhì)條件因素的實際指數(shù)；

n-自然地質(zhì)條件因素數(shù)目。

此時沖擊危險指數(shù)Wt1=17/21=0.81。故此工作面為強沖擊危險。

（4）通過開采技術(shù)條件定性因素分析：

采掘工作面周圍開采技術(shù)條件對沖擊地壓危險狀態(tài)的影響程度及沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)Wt2按下式進行計算：

式中：

Wt2-沖擊地壓危險指數(shù)；

Wimax-每i個開采技術(shù)因素中的最大指數(shù)值；

Wi-采掘工作面周圍第i個開采技術(shù)因素的實際指數(shù)；

n2-開采技術(shù)條件因素數(shù)目。

Wt2=（13）/33=0.39。故此工作面為弱沖擊危險。綜合以上結(jié)論分析：三水平北17層三四區(qū)二段工作面為強沖擊危險。

4 施工方案

根據(jù)工作面沖擊危險程度和三水平北17層三四區(qū)一段頂分層開采實際情況，研究、確定該工作面防沖治理方案如下：

（1）從防沖角度分析小煤柱或負煤柱一次采全高進行開采，能夠最大限度減輕沖擊危險；

（2）從通風角度考慮認為小煤柱或負煤柱開采對防火極為不利，現(xiàn)有手段不能保證防火安全開采；

（3）從生產(chǎn)角度分析認為綜采放頂煤回采率較低，煤炭損失量較多。

（4）從防火角度分析認為二段回風道與一段底分層機道留4～5m煤柱能夠保證防火安全，提前對工作面兩道預注水能提高回采率，減少煤炭損失。

綜合以上思路,為了將三水平北17層三四區(qū)二段風道設(shè)計在防沖預留免壓帶內(nèi)，同時為防火預留足夠煤柱，研究決定三水平北17層三四區(qū)二段風道與三水平北17層三四區(qū)一段底分層機道留4～5m煤柱，三水平北17層三四區(qū)二段風道內(nèi)錯三水平北17層三四區(qū)一段頂分層機道9m，實現(xiàn)負煤柱掘進，保證三水平北17層三四區(qū)二段風道處在免壓區(qū)，使風道由強沖擊危險變?yōu)闊o沖擊危險。如圖3所示。

圖3 風道層間關(guān)系剖面示意圖

5 效果分析

5.1 經(jīng)濟價值

三水平北17層三四區(qū)二段風道負煤柱掘送，使該巷道由原來評價的強沖擊危險變?yōu)闊o沖擊危險，與三水平北17層三四區(qū)一段頂分層風道掘送巷道時對比，在掘送三水平北17層三四區(qū)二段風道時可以不施工卸壓鉆孔，按正常施工卸壓鉆孔工作量計算，共計節(jié)約1556個卸壓鉆孔，節(jié)約施工鉆孔延米38900m，按現(xiàn)階段鉆孔施工成本計算，預計可節(jié)約成本387萬元。另外施工鉆孔時用150T鉆機或300T鉆機施工，預計可節(jié)約鉆機配件消耗以及113mm孔徑鉆頭消耗8萬元。節(jié)省了材料的消耗，也節(jié)省了人工費用，無沖擊的情況下，掘進巷道成巷后，巷道的壓力顯現(xiàn)不明顯、巷道的變形量幾乎沒有，大大地降低了巷道二次恢復所造成的材料消耗及人力工時的消耗，這也正符合集團公司提倡的節(jié)支降成的宗旨，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

5.2 安全價值

大幅度提高了巷道掘進速度，縮短了施工工期，提高了生產(chǎn)效率。三水平北17層三四區(qū)二段風道進行負煤柱掘進施工時，回風道掘進時能夠?qū)崿F(xiàn)高速安全掘進，最大限度地杜絕了沖擊地壓的發(fā)生機率?；仫L道實現(xiàn)了大斷面掘進機月掘進380m，保證了礦井的正常接續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。