蘇衛(wèi)東

(開(kāi)灤能源化工股份有限公司，河北 唐山 063018)

0 引言

唐山煤礦隸屬開(kāi)灤集團(tuán)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力420萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力300萬(wàn)t/a，1878年建井，1881年投產(chǎn)，距今已有142年的歷史。唐山煤礦位于開(kāi)平煤田西北翼的西南端。井田內(nèi)主要構(gòu)造復(fù)雜，由北向南依次排列著5條主斷層，其斷層走向與地層走向基本平行。礦井主要生產(chǎn)煤層有5號(hào)煤層、8號(hào)煤層和9號(hào)煤層(8、9大部分為合區(qū))。5號(hào)煤層均厚2.45 m，8號(hào)煤層平均厚度3.21 m，9號(hào)煤層平均厚度6.63 m，8、9號(hào)煤層合區(qū)部分平均厚度達(dá)9.84 m。2018年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為高瓦斯礦井，相對(duì)瓦斯涌出量為5.26 m3/t，絕對(duì)涌出量為41.84 m3/min。

2019年8月2日，礦井風(fēng)井煤柱采區(qū)5號(hào)煤層發(fā)生一次沖擊地壓事故。岳胥區(qū)和南五采區(qū)未發(fā)生沖擊地壓事故，現(xiàn)已恢復(fù)生產(chǎn)?；謴?fù)生產(chǎn)采區(qū)與風(fēng)井煤柱采區(qū)的水平間距在3.5 km以上，中間為采空區(qū)?，F(xiàn)生產(chǎn)區(qū)域?yàn)樵礼銋^(qū)首采區(qū)西南翼9號(hào)煤層，南五采區(qū)5、9號(hào)煤層。目前礦井采煤工藝主要為走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤、綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采工藝?；謴?fù)生產(chǎn)的采煤工作面為0253和Y394采煤工作面；恢復(fù)生產(chǎn)的掘進(jìn)工作面為Y250-1溜子道、0252運(yùn)煤邊眼、0060運(yùn)煤巷和南五運(yùn)輸巷(巖巷)。

1 沖擊地壓防治技術(shù)

1.1 調(diào)整礦井開(kāi)拓布局

開(kāi)采布局優(yōu)化：研究和經(jīng)驗(yàn)表明，開(kāi)拓開(kāi)采布局不合理是造成沖擊地壓的重要因素之一[1-3]。不合理的開(kāi)拓開(kāi)采布局一經(jīng)形成就難以改變，易造成應(yīng)力集中與疊加，到工作面開(kāi)采時(shí)只能采取局部措施，耗費(fèi)很大且效果有限，合理的開(kāi)拓開(kāi)采布局是防治沖擊地壓的有限區(qū)域預(yù)防措施。

降低開(kāi)采強(qiáng)度：降低開(kāi)采強(qiáng)度是防治沖擊地壓最直接有效的治理方法[4-6]。唐山煤礦調(diào)整了礦井生產(chǎn)定位及開(kāi)采布局，對(duì)風(fēng)井煤柱采區(qū)隔離處理，繼續(xù)停產(chǎn)，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和人員準(zhǔn)入管理，減少同時(shí)采掘作業(yè)線數(shù)量，降低礦井生產(chǎn)能力和工作面產(chǎn)量。在調(diào)整礦井開(kāi)拓的基礎(chǔ)上，唐山煤礦重新調(diào)整礦井生產(chǎn)定位，降低礦井產(chǎn)能，核定生產(chǎn)能力由420萬(wàn)t/a核減為300萬(wàn)t/a。降低工作面開(kāi)采強(qiáng)度，不僅可以有效減緩上覆巖層下沉的影響，實(shí)現(xiàn)礦山壓力和圍巖積聚能量的穩(wěn)定緩慢釋放，更為重要的是，降低開(kāi)采強(qiáng)度，為防沖措施實(shí)施騰出了時(shí)間和空間，進(jìn)一步提高了礦井防沖工作的安全保障能力。

1.2 優(yōu)化工作面布置

調(diào)整采掘順序：調(diào)整并優(yōu)化采掘接續(xù)和開(kāi)采順序，避開(kāi)采掘擾動(dòng)影響，做到“一面一評(píng)價(jià)一設(shè)計(jì)一措施”。嚴(yán)格落實(shí)工作面沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與防沖設(shè)計(jì)的要求，確定采煤工作面的安全推進(jìn)速度4刀為3.5 m/d。

強(qiáng)化工作面防沖：在礦井防沖規(guī)劃和開(kāi)拓布局調(diào)整的基礎(chǔ)上，對(duì)工作面布置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。從工作面順序開(kāi)采避免“孤島”，確保合理錯(cuò)距避免相互擾動(dòng)[7-9]，避免設(shè)計(jì)巷道群和交叉巷道確定合理開(kāi)采強(qiáng)度等方面，超前預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生。

調(diào)整生產(chǎn)模式：減少采煤工作面同時(shí)開(kāi)采數(shù)量，推行“一井兩面”生產(chǎn)模式。

1.3 調(diào)整后的采區(qū)與工作面布置

依據(jù)南五采區(qū)沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和防沖設(shè)計(jì)要求，調(diào)整原南五采區(qū)設(shè)計(jì)，主要有以下4個(gè)方面。

采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)布置層位調(diào)整：設(shè)計(jì)采區(qū)0060主運(yùn)、0080軌道、0043回風(fēng)的3條下山均布置在無(wú)沖擊危險(xiǎn)的巖層中。5、8、9號(hào)3個(gè)煤層采用聯(lián)合布置。

取消部分西翼工作面：南五-950 m水平以下采用單翼開(kāi)采布置，將原設(shè)計(jì)的西翼0255、0293、0295、0297工作面取消，僅設(shè)計(jì)東翼部分。西翼部分剩余儲(chǔ)量待系統(tǒng)回收一起考慮并設(shè)計(jì)。

調(diào)整工作面走向：東翼工作面方向與9號(hào)煤層不一致，存在銳角夾角，與采區(qū)巷道系統(tǒng)不垂直，存在銳角夾角，停采線位置呈階梯狀，沖擊危險(xiǎn)性較高。將原設(shè)計(jì)工作面走向方向調(diào)整為與8、9號(hào)煤層方向一致，與巷道系統(tǒng)基本垂直，停采線保持一致。

調(diào)整停產(chǎn)線：巷道系統(tǒng)布置間距30 m以上，對(duì)停產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)整，保證巷道保護(hù)煤柱留設(shè)不小于120 m。對(duì)采區(qū)系統(tǒng)巷道進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，優(yōu)化0252工作面生產(chǎn)系統(tǒng)巷道，優(yōu)化水倉(cāng)水平標(biāo)高及位置。設(shè)計(jì)5、8、9號(hào)3個(gè)煤層工作面連接的集中斜石門(mén)，工作面傾斜長(zhǎng)度全部調(diào)整為斜長(zhǎng)150 m。

2 沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及解危措施

2.1 沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

區(qū)域監(jiān)測(cè)方案：唐山煤礦沖擊地壓區(qū)域監(jiān)測(cè)方案為ARAMIS M/E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拾震器布置方案和煤礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器布置方案。目前，KJ768煤礦微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，沖擊地壓微震監(jiān)測(cè)臨界指標(biāo)正常。ARAMIS M/E微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，沖擊地壓微震監(jiān)測(cè)臨界指標(biāo)正常。

局部監(jiān)測(cè)方案：局部監(jiān)測(cè)方法主要包括鉆屑法、在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)法、電磁輻射法、礦壓監(jiān)測(cè)法等4種[10]。其中，KJ216B在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(礦壓監(jiān)測(cè)一體)共2套，分別安裝在0253和Y394采煤工作面；電磁輻射監(jiān)測(cè)儀3套，鉆屑法施工鉆機(jī)40臺(tái)套以上。

應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)法：應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)采用KJ216B監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與工作面支架阻力和頂?shù)装逡平恳惑w化監(jiān)測(cè)。Y394工作面風(fēng)道布置17組測(cè)點(diǎn)共34只圍巖應(yīng)力傳感器，溜子道布置15組測(cè)點(diǎn)共30只圍巖應(yīng)力傳感器。0253工作面風(fēng)道布置1組測(cè)點(diǎn)共2只圍巖應(yīng)力傳感器，溜子道布置1組測(cè)點(diǎn)共2只圍巖應(yīng)力傳感器。

監(jiān)測(cè)預(yù)警：礦井配備了ARAMIS M/E、KJ768微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、KJ216B在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(礦壓監(jiān)測(cè)一體化)、YDD16和KBD5電磁輻射儀等，制定了沖擊地壓危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)制度、監(jiān)測(cè)預(yù)警臨界指標(biāo)及處置措施、調(diào)度處置制度和預(yù)警處理結(jié)果反饋制度等，為沖擊地壓區(qū)域和局部聯(lián)合監(jiān)測(cè)預(yù)警奠定了基礎(chǔ)。

卸壓解危治理：在沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和防沖設(shè)計(jì)報(bào)告的基礎(chǔ)上，對(duì)礦井中等及以上沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了卸壓治理，主要采用煤層卸載爆破卸壓。

卸壓治理效果檢驗(yàn)：在對(duì)中等及以上沖擊危險(xiǎn)區(qū)域?qū)嵤┍菩秹褐卫砗?，采用鉆屑法進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)超過(guò)鉆屑量臨界值的區(qū)域進(jìn)行二次卸載爆破治理，并采用鉆屑法檢驗(yàn)確認(rèn)消除沖擊危險(xiǎn)。

2.2 沖擊地壓解危措施

煤層大直徑鉆孔卸壓：大直徑鉆孔卸壓是利用鉆孔方法消除或減緩應(yīng)力顯現(xiàn)危險(xiǎn)的解危措施[11]。此法基于施工鉆屑法鉆孔時(shí)產(chǎn)生的鉆孔沖擊現(xiàn)象。鉆進(jìn)愈接近高應(yīng)力帶，由于煤體積聚能量愈多，鉆孔沖擊頻度越高，強(qiáng)度也越大，但鉆孔沖擊時(shí)煤粉量顯著增多。因此每一個(gè)鉆孔周?chē)纬梢欢ǖ钠扑閰^(qū)，當(dāng)這些破碎區(qū)互相接近后，便能使煤層破裂卸壓。鉆孔卸壓的實(shí)質(zhì)是利用高應(yīng)力條件下，煤層中積聚的彈性能來(lái)破壞鉆孔周?chē)拿后w，使煤層卸壓、釋放能量，消除沖擊危險(xiǎn)。

煤層深孔爆破卸壓：煤層深孔爆破卸壓是對(duì)具有應(yīng)力顯現(xiàn)危險(xiǎn)的局部區(qū)域，用爆破方法減緩其應(yīng)力集中程度的一種解危措施[12-15]。通過(guò)鉆屑法檢測(cè)煤體的應(yīng)力情況，如果煤粉量超過(guò)規(guī)定的指標(biāo)，則認(rèn)為該位置具有沖擊危險(xiǎn)。通過(guò)多個(gè)煤粉鉆孔，圈定已形成沖擊危險(xiǎn)的區(qū)域。在確認(rèn)已形成沖擊危險(xiǎn)的區(qū)域，以一定的爆破參數(shù)實(shí)施卸載爆破。在卸載爆破后，采用煤粉鉆孔等方法在爆破孔周?chē)欢▍^(qū)域內(nèi)檢測(cè)爆破的卸載效果(或事先埋設(shè)鉆孔應(yīng)力計(jì))。如果煤粉量指標(biāo)低于沖擊危險(xiǎn)值，即認(rèn)為煤層已達(dá)到了卸載的效果，否則說(shuō)明煤層仍具有沖擊危險(xiǎn)，應(yīng)實(shí)施二次卸載爆破。

3 結(jié)語(yǔ)

個(gè)體防護(hù)措施在沖擊地壓防治過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻落實(shí)到位。在強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)的人員，必須配戴好防沖頭盔、穿防護(hù)服，戴隔離式自救器，兩順保持壓風(fēng)管路正常供風(fēng)，并按要求安設(shè)壓風(fēng)自救裝置。除采取上述優(yōu)化措施外，沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，即傾角大于25°煤層的巷道上幫增加錨索支護(hù)；加強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域巷道圍巖加密打設(shè)U型棚支護(hù)，巷道高幫增加錨索支護(hù)。唐山煤礦目前暫定綜放工作面推采速度不大于3.5 m/d，停采前150 m開(kāi)始，并根據(jù)微震法、鉆屑法、應(yīng)力法等的監(jiān)測(cè)結(jié)果，合理調(diào)整工作面的推采速度。