張 嚴(yán)

(甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限責(zé)任公司 生產(chǎn)技術(shù)部，甘肅 白銀 730913)

甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司寶積山煤礦708綜放工作面位于礦井西翼，北部為706工作面隔離煤柱、南部為礦權(quán)邊界保護(hù)煤柱，西部為F706-3斷層，東部為材料上山保護(hù)煤柱，工作面屬孤島煤柱開采[1]，其可采走向長545 m，傾向長75 m，可采煤量50.5萬t。工作面距地表垂高530～542 m，單層煤開采，厚度平均11.18 m，傾角平均4°，煤層堅(jiān)固性系數(shù)為2.7。工作面煤層頂?shù)装鍘r性：煤層偽頂為高炭質(zhì)泥巖，直接頂為粉砂巖、泥巖層，隨采隨落；老頂為紫紅色為主的雜色、團(tuán)塊狀細(xì)砂巖。

1 礦壓顯現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域鑒定

根據(jù)工作面煤巖結(jié)構(gòu)影響區(qū)域，即老頂?shù)某醮纹茢嚯A段、工作面“見方”階段、工作面地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域、沿空煤柱影響區(qū)域、巷道交叉及停采線煤柱影響等因素，總體判定整個工作面在回采過程中都將面臨礦壓動力顯現(xiàn)影響，工作面全部區(qū)域?qū)儆谝话慵耙陨系V壓動力顯現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)。當(dāng)工作面推進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆屑監(jiān)測鉆屑量變化情況及工作面支架壓力監(jiān)測計(jì)變化情況，及時(shí)預(yù)警，并采取相應(yīng)防范措施，直至預(yù)警消除，應(yīng)力恢復(fù)正常。

1.1 工作面初次來壓、周期來壓、見方期間礦壓動力顯現(xiàn)防范措施

工作面周期來壓期間礦壓動力顯現(xiàn)防范措施。

1) 工作面初采前安裝KJ24型礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測回采期間支架工作阻力變化情況，支架壓力云圖顯示周期來壓步距為21 m左右。

2) 周期來壓前，必須保證液壓支架各種閥組、乳化液管接頭等完好，接頂嚴(yán)密，初撐力達(dá)標(biāo)，液壓支架成一條直線。檢查所有的單體支柱，保證支柱完好，并符合作業(yè)規(guī)程要求。

3) 采煤工作面落實(shí)好兩道超前150 m卸壓治理措施，卸壓孔參數(shù)孔徑133 mm，間距1.5 m，孔口與煤壁垂直距底板1.0 m，順層布置。

4) 在工作面垂直煤幫每隔10架施工一組注水卸壓孔，孔徑94 mm，孔長20～50 m，距底板高度1.5 m；每周在工作面上隅角垂直頂板施工2個直徑42 mm、深度10 m、間距3 m的鉆孔，并進(jìn)行高壓注水?dāng)囗旑A(yù)裂。

5) 卸壓后要用鉆屑法檢驗(yàn)卸壓效果，如局部應(yīng)力集中突顯，需進(jìn)行多次卸壓直至解危。

1.2 工作面初次來壓期間礦壓動力顯現(xiàn)防范措施

1) 工作面初采前安裝KJ24型礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測回采期間支架工作阻力變化情況，有利于更準(zhǔn)確地推算工作面初次來壓步距。結(jié)合相鄰工作面老頂初次垮落步距，本工作面初次垮落步距為43 m。

2) 初次來壓前，必須保證所有的單體支柱完好，液壓支架支護(hù)狀態(tài)良好，超前支護(hù)必須符合作業(yè)規(guī)程相關(guān)要求。

3) 老頂初次來壓前在來壓步距及來壓步距前20 m兩道各施工一組注水鉆孔進(jìn)行高壓注水預(yù)裂。

1.3 工作面“見方”期間礦壓動力顯現(xiàn)防范措施

1) 工作面初采前安裝KJ24型礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測回采期間支架工作阻力變化情況，結(jié)合當(dāng)天兩道的鉆屑監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)分析，為“見方”期間礦壓動力顯現(xiàn)提供預(yù)測。

2) “見方”前后20 m范圍雙排布置卸壓鉆孔(在兩道原卸壓孔上部增加一排)，卸壓孔孔徑133 mm，間距1.5 m，孔口與煤壁底板垂距1.5 m，鉆孔按兩排呈三花眼型交替順層布置。其他兩道注水孔參數(shù)、工作面煤幫注水孔、工作面上隅角斷頂預(yù)裂孔措施同上。

3) 卸壓后要用鉆屑法檢驗(yàn)卸壓效果，如局部應(yīng)力集中突顯，需進(jìn)行多次卸壓直至解危。

2 礦壓監(jiān)測

2.1 鉆屑監(jiān)測

工作面回采期間，其超前支承壓力將隨工作面推進(jìn)向外轉(zhuǎn)移，通過沿兩道向工作面煤層打孔進(jìn)行鉆屑監(jiān)測[2]，分析確定超前應(yīng)力分布特征，便于有針對性地采取解危措施。鉆屑監(jiān)測每天施工一次，每次自開幫線起，在兩道向外每隔15 m布置一個監(jiān)測點(diǎn)，共布置5個點(diǎn)，單孔深度不小于10 m，即監(jiān)測范圍為工作面前方75 m，708工作面鉆屑監(jiān)測鉆孔布置見圖1。

圖1 12315工作面正巷回風(fēng)流硫化氫濃度變化情況

圖1 708工作面鉆屑監(jiān)測鉆孔布置示意(m)

參考相鄰綜放工作面鉆屑值，將708工作面鉆屑臨界指標(biāo)2～5 m暫定3.1 kg/m，6～10 m暫定4.4 kg/m。若鉆屑指標(biāo)超標(biāo)，必須提出預(yù)警，停止工作面推進(jìn)，另行制定補(bǔ)充措施，對鉆屑超標(biāo)段解危處理，直至解除預(yù)警。

2.2 工作面及超前支護(hù)區(qū)域壓力監(jiān)測

708工作面初采前安裝KJ24型礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測回采期間支架工作阻力變化情況，推算工作面周期來壓步距。從工作面5號液壓支架起每隔5架安裝1臺YHY60W(A)本安型數(shù)字壓力計(jì)，對井下工作面支架工作阻力進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。出現(xiàn)壓力突然增大等異常情況時(shí)，需作出預(yù)警，分析原因，并制定解危措施。

3 解危方案

708工作面回采期間，主要通過實(shí)施“大直徑鉆孔+高壓注水”聯(lián)合進(jìn)行卸壓治理[4]。

3.1 大直徑鉆孔卸壓方案

根據(jù)寶積山煤礦708工作面煤層實(shí)際情況，考慮到理論計(jì)算誤差和現(xiàn)場采煤進(jìn)度，確定孔間距為1.5 m。鉆孔呈單排垂直巷幫布置，距底板1 m，孔徑133 mm，孔深15 m?；仫L(fēng)巷右?guī)拖蚬ぷ髅鎯?nèi)順煤層施工，左幫距F46斷層面平距超過20 m時(shí)，需進(jìn)行卸壓處理；運(yùn)輸巷與706運(yùn)輸巷間留設(shè)煤柱平距8 m，已被壓酥形成卸壓保護(hù)帶，故不再進(jìn)行卸壓處理，只對其下幫工作面?zhèn)仁┕ご笾睆姐@孔進(jìn)行卸壓，鉆孔參數(shù)同前，708兩道大直徑卸壓鉆孔布置見圖2。

圖2 708兩道大直徑卸壓鉆孔布置示意(m)

708工作面兩巷道必須提前施工卸壓鉆孔，保證工作面兩道超前150 m卸壓。鉆孔卸壓后要用鉆屑法檢驗(yàn)卸壓效果，如局部應(yīng)力集中突顯，需進(jìn)行多次卸壓直至解危。

3.2 注水卸壓方案

采用動壓注水和靜壓補(bǔ)水的聯(lián)合注水系統(tǒng)。利用高壓注水壓裂，軟化工作面煤體從而卸壓解危。

1) 注水孔間距選取為10 m，直徑為94 mm，深度以保證兩巷道注水孔深度穿透工作面為依據(jù)，設(shè)計(jì)孔深為50 m，切頂孔20 m。

2) 注水壓力依照經(jīng)驗(yàn)值取5.5 MPa，動壓注水結(jié)束后，采用管網(wǎng)壓力(3～5 MPa)靜壓進(jìn)行補(bǔ)水，根據(jù)煤體滲水情況控制單孔注水流量。

3) 每孔動壓平均注水時(shí)間42 h；靜壓不計(jì)注水時(shí)間。

4) 及時(shí)進(jìn)行煤層注水，即施工第二個注水孔時(shí)，必須對第一個注水孔進(jìn)行注水，煤壁已出水或注水壓力下降30%方可停水。

5) 煤層注水效果檢驗(yàn)：當(dāng)達(dá)到注水時(shí)間后，利用鉆屑法進(jìn)行效果檢驗(yàn)，確定下一輪注水要求。

兩道注水鉆孔均垂直巷幫布置，孔徑94 mm，組距10 m，距底板1.5 m。每組2個孔，1個順層孔深50 m，1個切頂孔傾角20°，孔深20 m。高壓注水采用BRW125/20型煤層高壓注水泵或7BZ-4.5/16型煤層注水泵，注水范圍在超前工作面80～100 m段，注水壓力5.5 MPa，采用封孔器封孔，封孔器長度2 m，封孔深度不小于5 m，注水期間將注水孔前后10 m區(qū)域的卸壓孔用水泥砂漿封填處理，封孔深度2 m，708工作面注水鉆孔剖面見圖3。

圖3 708工作面注水鉆孔剖面示意

3.3 解危效果檢驗(yàn)

工作面開采過程中，對采取卸壓解危措施的區(qū)域通過頂板應(yīng)力及鉆屑量指標(biāo)綜合分析判定是否存在礦壓動力顯現(xiàn)的可能性，若不存在這種可能性，則正常生產(chǎn)。若存在礦壓動力顯現(xiàn)的可能性，繼續(xù)卸壓解危直至相關(guān)指標(biāo)符合規(guī)定。

4 效果評價(jià)

通過以上專項(xiàng)防沖措施的實(shí)施，較好的保證了寶積山煤礦孤島煤柱708綜放工作面的安全回采，多回收煤碳50.5萬t，取得了較好的安全及經(jīng)濟(jì)效益。