任 強(qiáng)，李云鵬，房 平，趙善坤，王 博，張 闖，羅波遠(yuǎn)，張 濤，賈小玉，王 躍

（1.鄂爾多斯市昊華紅慶梁礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300；2.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；3.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司安全分院，北京 100013）

2016—2020 年，近5 年相繼發(fā)生了2016 年峻德煤礦事故[1]、2017 年擔(dān)水溝煤礦事故和紅陽(yáng)三礦事故[2]、2018 年龍鄆煤礦事故[3]、2019 年龍家堡事故和唐山礦事故[4]、2020 年龍鄆煤礦事故[5]等7 起沖擊地壓事故，其中4 起較大事故、3 起重大事故，共造成66 人死亡。特別是2017—2018 年，共發(fā)生重大事故4 起，其中沖擊地壓事故占3 起。沖擊地壓現(xiàn)已成為我國(guó)煤礦深部安全過(guò)程中最為嚴(yán)重的動(dòng)力災(zāi)害。

隨著我國(guó)煤炭能源布局向西部轉(zhuǎn)移，內(nèi)蒙、陜西、甘肅等省區(qū)出現(xiàn)了越來(lái)越多的沖擊地壓礦井[6]。目前，鄂爾多斯地區(qū)共有15 座沖擊地壓礦井。這些礦區(qū)均開采侏羅系煤層，該區(qū)域煤層質(zhì)地堅(jiān)硬，上覆巖層以礫巖、砂巖為主，堅(jiān)硬的煤巖體更有利于彈性能量的積聚，為沖擊地壓的發(fā)生提供了基礎(chǔ)。該區(qū)域沖擊地壓機(jī)理與東部礦井具有明顯差異，如何指導(dǎo)該地區(qū)沖擊地壓防治成為亟待解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，學(xué)者們針對(duì)鄂爾多斯地區(qū)的沖擊地壓進(jìn)行了大量研究。陳衛(wèi)軍[7]以呼吉爾特礦區(qū)巴彥高勒、門克慶等煤礦沖擊地壓顯現(xiàn)特征為出發(fā)點(diǎn)，建立了采區(qū)多工作面回采后上覆巖層呈“多跨疊加拱”的力學(xué)模型理論，采用灌注馬麗散材料加固巷道圍巖治理沖擊地壓；劉志剛[8]以呼吉爾特礦區(qū)埋深超過(guò)600 m 的3-1 煤層工作面為工程背景，針對(duì)深部堅(jiān)硬頂板寬煤柱條件下沖擊礦壓的顯現(xiàn)特征、誘發(fā)機(jī)理及爆破降沖原理及技術(shù)等方面開展了研究，揭示了該條件下沖擊地壓發(fā)生機(jī)理，并建立了對(duì)應(yīng)的防治技術(shù)體系；袁泉[9]以呼吉爾特礦區(qū)門克慶煤礦11-3102 工作面為研究背景，確定了門克慶煤礦沖擊地壓類型為“頂板型”，開展了區(qū)域與局部相結(jié)合的防治工程實(shí)踐；趙毅鑫[10]等，對(duì)紅慶河煤礦鄰空巷道受載特征及沖擊失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了研究，揭示了鄰空巷道圍巖受“三載荷”疊加誘沖機(jī)制；高學(xué)鵬[11]等以塔然高勒礦區(qū)紅慶梁煤礦為研究背景，分析了弱膠結(jié)覆巖結(jié)構(gòu)特征，建立了“軟巖基本頂+礫巖關(guān)鍵層”的覆巖結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的計(jì)算模型，確定了礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈的區(qū)域。目前所取得的研究成果對(duì)塔然高勒礦區(qū)深部開采沖擊地壓研究較少。為此，針對(duì)塔然高勒礦區(qū)紅慶梁煤礦“弱膠結(jié)覆巖+高強(qiáng)度煤體”條件下沖擊地壓主控因素進(jìn)行分析，并開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，明確塔然高勒礦區(qū)深部開采沖擊地壓主控因素。以此為基礎(chǔ)開展沖擊地壓防治工程實(shí)踐，通過(guò)工程實(shí)踐前后監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析沖擊地壓防治效果。

1 工程概況

紅慶梁井田位于塔然高勒礦區(qū)東北部，井田內(nèi)地形總體趨勢(shì)是南高北低，在此基礎(chǔ)上又表現(xiàn)為西高東低之變化趨勢(shì)。紅慶梁煤礦主采侏羅系中下統(tǒng)延安組3-1 煤層，賦存深度458～538 m，該煤層在井田范圍內(nèi)全區(qū)穩(wěn)定賦存，可采厚度2.86～6.85 m，平均4.87 m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大多含1 層夾矸，在局部含2 層0.15～0.62 m 的夾矸，煤層傾角0°～6°，平均3°，為近水平煤層。頂板巖性主要為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，局部為細(xì)粒砂巖、礫巖或粗粒砂巖，底板巖性主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖。

根據(jù)礦井設(shè)計(jì)，煤礦共規(guī)劃4 個(gè)盤區(qū)，首采工作面是位于一盤區(qū)的11301 工作面，當(dāng)前開采11303工作面，采用走向長(zhǎng)壁一次采全高方法，掘進(jìn)11307工作面，采用綜掘機(jī)配合錨桿鉆車方法。紅慶梁煤礦采掘工程平面圖如圖1。

圖1 紅慶梁煤礦采掘工程平面圖Fig.1 Hongqingliang Coal Mine excavation plan

紅慶梁煤礦3-1 煤層經(jīng)鑒定，煤層及頂?shù)装寰哂腥鯖_擊傾向性；經(jīng)評(píng)價(jià)綜合指數(shù)Wt=0.381，具有弱沖擊危險(xiǎn)性。2018 年底確定為沖擊地壓礦井，著手開展沖擊地壓防治工作。

2 沖擊地壓主控因素分析

2.1 地質(zhì)因素分析

根據(jù)紅慶梁煤礦的實(shí)際條件，確定從開采深度、區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、上覆巖層等4 個(gè)方面開展分析。

2.1.1 開采深度

紅慶梁煤礦井田以DF2斷層為界，自西向東貫穿全區(qū)，把井田分為南、北2 個(gè)區(qū)塊。DF2斷層以南，煤層埋藏相對(duì)較深、傾角較小，斷層稀少、落差不大。DF2斷層以北，煤層埋藏較淺、且傾角突增，向南傾單斜構(gòu)造清晰，斷層相對(duì)較少。從3-1 煤層的井田全區(qū)分布來(lái)看，煤層埋藏深度約460～540 m。根據(jù)沖擊地壓臨界深度計(jì)算公式[12]：

不考慮煤應(yīng)變軟化后彈性模量的變化，根據(jù)煤礦實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)煤的單軸抗壓強(qiáng)度σc=13.78 MPa，上覆巖層密度ρr=2 671 kg/m3，煤的內(nèi)摩擦角φ=24°，計(jì)算得HCR=458 m，目前煤礦開采深度約在460～500 m，大于發(fā)生沖擊地壓的臨界值，具備了發(fā)生沖擊地壓的開采深度條件。

2.1.2 區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

紅慶梁煤礦位于鄂爾多斯塊段內(nèi)。在紅慶梁煤礦附近分布陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GPS 基準(zhǔn)站11 個(gè)，對(duì)紅慶梁礦區(qū)垂直運(yùn)動(dòng)速率和水平運(yùn)動(dòng)速率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)最新GPS 基準(zhǔn)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示紅慶梁煤礦區(qū)域水平運(yùn)動(dòng)方向總體上由西向東，水平運(yùn)動(dòng)速率約為3～5 mm/a。紅慶梁煤礦區(qū)域斷塊的水平運(yùn)動(dòng)速率對(duì)礦井沖擊地壓的影響程度較弱。

2.1.3 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力

構(gòu)造應(yīng)力集中程度對(duì)煤礦開采和礦山壓力顯現(xiàn)等具有重要影響，通常用最大水平主應(yīng)力與垂直應(yīng)力的比值k1表示應(yīng)力集中程度。根據(jù)水力壓裂法地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，紅慶梁煤礦最大水平主應(yīng)力20.30 MPa，垂直應(yīng)力12.19 MPa，構(gòu)造應(yīng)力集中系數(shù)k1為1.66，最大水平主應(yīng)力方位角N50.4°E。k1小于2，說(shuō)明區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力集中程度較低，且最大水平主應(yīng)力方向和區(qū)域斷塊運(yùn)動(dòng)方向一致，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力對(duì)沖擊地壓影響較小。

2.1.4 上覆巖層影響

3-1 煤層層位穩(wěn)定，偽頂為砂質(zhì)泥巖、直接頂為砂巖泥巖與粉砂互層、基本頂為含礫砂巖或砂質(zhì)泥巖，底板巖性主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖。

3-1 煤層上方有1 層12.42 m 厚的礫巖，可能對(duì)沖擊地壓具有重要影響，為此，在11302 工作面開采過(guò)程中，采用RTK 方法對(duì)地表沉陷情況進(jìn)行了連續(xù)測(cè)試，沿工作面推進(jìn)方向每隔50 m 布置1 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)線起始點(diǎn)位于開切眼外500 m、測(cè)線終點(diǎn)位于終采線外500 m，11302 工作面地表下沉量曲線如圖2。

圖2 11302 工作面地表下沉量曲線Fig.2 Subsidence curves of 11302 working face in coal mine

11302 工作面開采位置對(duì)應(yīng)地表即可達(dá)到500 mm 的下沉量，工作面后方約500～600 m 下沉量可達(dá)到最大值，即地表沉降穩(wěn)定需要1.5～2 個(gè)月。目前11302 工作面最大下沉量已達(dá)到2 460 mm，按11302 工作面煤層厚度平均4.2 m 計(jì)算，沉降系數(shù)已達(dá)到59%。

與呼吉爾特礦區(qū)截然不同的是，巴彥高勒煤礦31101 工作面開采時(shí)，中部對(duì)應(yīng)地表沉降僅有約200 mm，直至31103 工作面開采時(shí)，才沉降至2 000～2 200 mm 趨于穩(wěn)定[7]。且隨著開拓布局的擴(kuò)大，紅慶梁煤礦在二盤區(qū)局部揭露該層礫巖，該層礫巖屬泥質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)度較低。因此，3-1 煤層上覆巖層對(duì)沖擊地壓的發(fā)生有一定影響，但不是主控因素。

2.1.5 煤層強(qiáng)度影響

波蘭研究結(jié)果顯示，隨著煤體單軸抗壓強(qiáng)度的增加，煤樣發(fā)生沖擊破壞的最小應(yīng)力呈降低趨勢(shì)。3-1 煤層上、下分層均具有弱沖擊傾向性，單軸抗壓強(qiáng)度平均為13.78 MPa，煤體越靠近上部，發(fā)生沖擊破壞的最小應(yīng)力水平越低。煤層局部最大單軸抗壓強(qiáng)度超過(guò)14 MPa，根據(jù)綜合指數(shù)法可判斷，3-1 煤層的強(qiáng)度對(duì)沖擊地壓的發(fā)生具有重要影響。

綜上所述，塔然高勒礦區(qū)區(qū)別于呼吉爾特等礦區(qū)，并不屬于較為典型的“兩硬”地質(zhì)條件，而是“弱膠結(jié)覆巖+高強(qiáng)度煤體”，因此，塔然高勒礦區(qū)沖擊地壓防治需針對(duì)此條件開展研究。

2.2 開采因素分析

2.2.1 采掘接續(xù)影響

紅慶梁煤礦現(xiàn)開采11303 工作面，掘進(jìn)11307工作面，兩工作面間距約700 m，滿足《防治煤礦沖擊地壓細(xì)則》中“2 個(gè)掘進(jìn)工作面之間的距離不小于150 m，采煤工作面與掘進(jìn)工作面之間的距離不小于350 m”的相關(guān)規(guī)定。

紅慶梁煤礦已對(duì)二盤區(qū)進(jìn)行開拓布置，未來(lái)將形成2 個(gè)盤區(qū)間協(xié)調(diào)開采，可進(jìn)一步降低同一盤區(qū)內(nèi)采掘擾動(dòng)誘發(fā)沖擊地壓的可能性。

2.2.2 區(qū)段煤柱寬度影響

區(qū)段煤柱寬度對(duì)沖擊地壓具有重要影響，煤柱的寬高比W/H 與回采巷道穩(wěn)定性的關(guān)系[13]如圖3。

圖3 煤柱寬高比與回采巷道穩(wěn)定性關(guān)系Fig.3 The relationship between the ratio of coal pillar width to height and the stability of mining roadway

當(dāng)W/H 介于3～5 之間時(shí)，煤柱處于屈服狀態(tài)，應(yīng)力水平較低，不易發(fā)生沖擊地壓；當(dāng)W/H 介于5～10 之間時(shí)，煤柱處于臨界狀態(tài)，應(yīng)力水平極高，最易發(fā)生沖擊地壓；W/H 大于10 時(shí)，煤柱處于較穩(wěn)定狀態(tài)，煤柱淺部處于高應(yīng)力區(qū)、煤柱深部趨近于原巖應(yīng)力，可能發(fā)生沖擊地壓。由于在礦井初設(shè)時(shí)，并未考慮沖擊地壓的影響，設(shè)計(jì)煤柱寬度20 m，而在實(shí)際開采過(guò)程中，由于頂?shù)装迦跄z結(jié)、遇水泥化膨脹的特性，回采巷道底鼓量大，區(qū)段煤柱留設(shè)25～50 m，按照煤層平均厚度4.2 m 計(jì)算，W/H 介于6.0～11.9 之間，均不利于沖擊地壓防治。由此可知，區(qū)段煤柱寬度是影響沖擊地壓的重要因素之一。

2.2.3 工作面推采速度影響

工作面推進(jìn)速度影響了采場(chǎng)圍巖應(yīng)力重新分布，使圍巖原本所處平衡狀態(tài)發(fā)生與時(shí)間及空間相關(guān)的變化，煤巖體為尋求新的平衡狀態(tài)，應(yīng)力在時(shí)間及空間上不斷的動(dòng)態(tài)變化，從而造成采場(chǎng)圍巖對(duì)煤體應(yīng)力加載速率的變化。在工作面長(zhǎng)度、寬度等一定的條件下，可得式（2）[14]：

式中：σ 為工作面前方實(shí)體煤垂直應(yīng)力，MPa；x為應(yīng)力峰值點(diǎn)與工作面煤壁間距離，m；h 為煤層厚度，m；t 為開采時(shí)間，h；a、b、ε0、m、η、E0均為實(shí)驗(yàn)所得常數(shù)。

由式（2）分析可知，在工作面參數(shù)一定的條件下，工作面超前煤體所受應(yīng)力僅與時(shí)間密切相關(guān)。因此，工作面推進(jìn)速度的不同直接影響了煤體所受應(yīng)力的加載速率。李海濤等[15]研究表明較快的加載速率可減少裂隙損傷有利于承載，但同時(shí)微元體承載部分將儲(chǔ)存更多的彈性能出現(xiàn)局部破壞不利于承載.煤體存在1 個(gè)失穩(wěn)臨界加載速率。臨界加載速率對(duì)應(yīng)著煤體最高的強(qiáng)度，存在較高的沖擊危險(xiǎn)性。紅慶梁煤礦屬于高產(chǎn)高效礦井，11301 工作面試運(yùn)轉(zhuǎn)期間，最大日進(jìn)尺曾達(dá)到20 m，因此，工作面推采速度對(duì)沖擊地壓具有重要影響。

綜上所述，塔然高勒礦區(qū)紅慶梁煤礦沖擊地壓的主控因素為開采深度、煤體強(qiáng)度、區(qū)段煤柱寬度和工作面推采速度。沖擊地壓發(fā)生機(jī)理可概括為，由于高強(qiáng)度開采導(dǎo)致堅(jiān)硬的煤體內(nèi)積聚大量彈性能，當(dāng)超過(guò)煤體極限強(qiáng)度，則可誘發(fā)沖擊地壓。因此，塔然高勒礦區(qū)深部開采沖擊地壓防控應(yīng)從降低煤體強(qiáng)度、控制推采速度、優(yōu)化區(qū)段煤柱尺寸3 方面著手，同時(shí)加強(qiáng)回采巷道支護(hù)強(qiáng)度，防止震動(dòng)導(dǎo)致巷道弱膠結(jié)頂板失穩(wěn)、造成冒頂?shù)却紊鸀?zāi)害。

3 沖擊地壓防控技術(shù)選擇與參數(shù)確定

3.1 煤體原位改性技術(shù)與參數(shù)

目前，常用的煤體原位改性技術(shù)主要有鉆孔卸壓、卸載爆破、煤層注水、CO2爆破等。根據(jù)紅慶梁煤礦煤體強(qiáng)度和所處地區(qū)安全政策，擬定采用鉆孔卸壓和煤層注水方法進(jìn)行煤體原位改性，降低煤體內(nèi)積聚彈性能，從而達(dá)到?jīng)_擊地壓防控的目的。

3.1.1 鉆孔卸壓參數(shù)確定

影響卸壓鉆孔效果的主要參數(shù)有：鉆孔直徑、鉆孔間距、鉆孔深度等。鉆孔直徑難以通過(guò)理論計(jì)算得出，采用數(shù)值模擬方法分析不同孔徑大小對(duì)煤體的擾動(dòng)，確定適用于紅慶梁煤礦的卸壓鉆孔直徑。建立長(zhǎng)×寬×高=5 m×30 m×3.5 m 的數(shù)值模型，應(yīng)用FISH語(yǔ)言編寫彈性能量計(jì)算公式，輸出至Tecplot 軟件得到的卸壓鉆孔能量密度分布云圖如圖4。

由圖4 可知，隨著孔徑的增大卸壓范圍越大，卸壓效果越好；孔徑較大的卸壓鉆孔對(duì)煤體能量的擾動(dòng)也較大。沖擊地壓發(fā)生的最小能量密度計(jì)算方法如式（3）：

圖4 卸壓鉆孔能量密度云圖Fig.4 Energy density distribution of pressure relief boreholes

式中：Emin為發(fā)生沖擊地壓最小能量密度，J/m3；v0為發(fā)生沖擊地壓時(shí)煤體初始速度，m/s；ρc為煤體的密度，kg/m3；σc為煤的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。

根據(jù)實(shí)際情況，煤的單軸抗壓強(qiáng)度σc=13.78 MPa，3-1 煤的密度ρc=1 221 kg/m3，3-1 煤的彈性模量E=2.86 GPa，發(fā)生沖擊地壓時(shí)煤體初始速度v0=10 m/s，計(jì)算可得紅慶梁煤礦發(fā)生沖擊地壓的最小能量密度為94 kJ/m3。

根據(jù)圖5 中計(jì)算結(jié)果，孔徑為90 mm 時(shí)，峰值能量密度83.1 kJ/m3；孔徑為108 mm 時(shí)，峰值能量密度90.5 kJ/m3；孔徑為130 mm 時(shí)，峰值能量密度92.6 kJ/m3；孔徑為150 mm 時(shí)，峰值能量密度117 kJ/m3。綜合卸壓范圍確定紅慶梁煤礦卸壓鉆孔直徑宜為108～130 mm。

為分析鉆孔深度，建立紅慶梁煤礦11301 工作面與11302 工作面開采模型，提取的回采巷道兩側(cè)應(yīng)力分布曲線如圖5。根據(jù)應(yīng)力峰值區(qū)域位置確定紅慶梁煤礦卸壓鉆孔深度不低于20 m。

圖5 回采巷道兩側(cè)應(yīng)力分布曲線Fig.5 Stress distribution on both sides of the tailgate

環(huán)向角度θ=45°，垂直應(yīng)力σy=31.78 MPa，煤的黏聚力c=2.75 MPa，煤體碎脹系數(shù)P=1.2，根據(jù)前文實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算可得，Rp=1.01～1.22 m，即紅慶梁煤礦適應(yīng)的卸壓鉆孔間距為2.02～2.44 m。

綜上所述，確定紅慶梁煤礦卸壓鉆孔試驗(yàn)孔徑108～130 mm，孔深不低于20 m，孔間距2～3 m。

3.1.2 煤層注水適用性試驗(yàn)研究

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)3-1 煤層的可注性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，部分加工好的標(biāo)準(zhǔn)試樣如圖6。

圖6 加工后的部分圓柱標(biāo)準(zhǔn)試樣Fig.6 Part of the cylindrical standard specimen after processing

可注煤層需同時(shí)滿足：天然含水率≤4%、自然吸水率≥1%、孔隙率≥4%、堅(jiān)固性系數(shù)≥0.3 等4個(gè)指標(biāo)。經(jīng)測(cè)試3-1 煤層天然含水率為2.25%、自然吸水率為9.78%、孔隙率為7.41%、堅(jiān)固性系數(shù)為1.7，均滿足可注煤層的標(biāo)準(zhǔn)，因此，3-1 煤層為可注煤層。

為分析煤層注水軟化的效果，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展了不同浸水時(shí)間煤層單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。3-1 煤層在未浸泡時(shí)、3、9、14、21、28 d，平均單軸抗壓強(qiáng)度分別為16.98、14.78、13.28、11.04、8.87、6.16 MPa。3-1煤層的軟化系數(shù)分別達(dá)到87.02%、78.22%、65.06%、52.26%、36.26%。試驗(yàn)結(jié)果表明：紅慶梁煤礦3-1 煤層注水后，強(qiáng)度出現(xiàn)較為明顯的下降，可降低煤層積聚彈性能量的能力，可應(yīng)用于防沖工程。

根據(jù)實(shí)際情況和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定紅慶梁煤礦現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)擬在掘進(jìn)期間采用動(dòng)靜壓結(jié)合的方式，孔徑50 mm，開采幫孔深40 m，煤柱幫孔深20 m，孔間距10 m。

3.2 安全推采速度的確定

紅慶梁煤礦安裝了1 套KJ768 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2019 年5—8 月設(shè)備安裝、調(diào)試完畢后，開展了11302 工作面微震監(jiān)測(cè)工作。分別在11302 工作面兩巷道布置微震拾震器4 組，并隨工作面推采不斷移動(dòng)。2019-08-01—2020-05-23 期間，在11302 工作面周圍300 m 范圍內(nèi)，累計(jì)發(fā)生微震事件4 807次。根據(jù)工作面日推進(jìn)度與每日監(jiān)測(cè)微震數(shù)據(jù)，繪制的推采速度與日均微震總能量如圖7，推采速度與每5 m 微震能量如圖8。

圖7 推采速度與日均微震總能量的關(guān)系Fig.7 The relation of mining speed and daily average microseismic total energy

圖8 推采速度與每5 m 微震能量的關(guān)系Fig.8 The relation of mining speed and microseismic energy per 5 m

由圖7 分析可知，隨著工作面推采速度的增大，日平均微震總能量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，當(dāng)日推采速度達(dá)到7 m和16 m以上時(shí)，日均微震能量分別出現(xiàn)明顯變化。

由圖8 可知，當(dāng)推采速度大于7 m 后，呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢(shì)，綜合日推進(jìn)度與日均總能量分析結(jié)果，確定在弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域推采速度為15.6 m（18 刀）/d、中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)域推采速度為12.1 m（14 刀）/d、強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域推采速度為6.9 m（8 刀）/d。

3.3 區(qū)段煤柱尺寸優(yōu)化

紅慶梁煤礦原設(shè)計(jì)區(qū)段煤柱尺寸為20～50 m，不利于沖擊地壓防治。以11301 工作面和11302 工作面為基礎(chǔ)，建立不同煤柱寬度的數(shù)值模擬，不同寬度煤柱應(yīng)力分布曲線如圖9。

圖9 不同寬度煤柱應(yīng)力分布曲線Fig.9 Stress distribution curves of coal pillars with different widths

煤柱寬度較小時(shí)應(yīng)力分布形態(tài)為單峰，煤柱寬度大于15 m 后開始轉(zhuǎn)變?yōu)殡p峰形態(tài)。隨著煤柱寬度的增加垂直應(yīng)力呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)煤柱寬度較小，如3～5 m 時(shí)，煤柱破碎出現(xiàn)卸壓區(qū)；煤柱寬度5～8 m時(shí)，煤柱應(yīng)力處于較低水平；煤柱寬度8～15 m 時(shí)，煤柱中應(yīng)力呈現(xiàn)集中態(tài)勢(shì)，峰值增大；當(dāng)煤柱繼續(xù)加寬，煤柱內(nèi)的應(yīng)力逐漸平緩；煤柱寬度15～20 m 時(shí)，出現(xiàn)雙峰，應(yīng)力峰值進(jìn)一步升高。因此優(yōu)化后的煤柱寬度為6～8 m。

3.4 回采巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

紅慶梁煤礦原始設(shè)計(jì)回采巷道支護(hù)采用“螺紋鋼錨桿+錨索+鋼帶+網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，采用φ20 mm×2 400 mm 的右旋等強(qiáng)螺紋鋼錨桿，間排距700 mm×1 000 mm，預(yù)緊力150 N·m；錨索采用φ17.8 mm×7 300 mm，間排距為2 000 mm×2 000 mm；每個(gè)斷面共有錨桿16 根、錨索3 根。確定為沖擊地壓礦井后，按照相關(guān)要求錨桿直徑增加至22 mm，錨索直徑增加至21.8 mm。后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，錨桿改為φ22 mm×2 600 mm 左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，預(yù)緊力提高至300 N·m，間排距優(yōu)化為1 000 mm×1 000 mm。

運(yùn)輸巷超前支護(hù)采用超前支架+單體液壓柱進(jìn)行支護(hù)（其中超前支架3 組、支護(hù)長(zhǎng)度22 m，單體液壓支柱支護(hù)長(zhǎng)度98 m），回風(fēng)巷超前支護(hù)單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)長(zhǎng)度120 m。

4 沖擊地壓防控工程實(shí)踐

由于紅慶梁煤礦屬新建礦井，在礦井建設(shè)初期并未考慮沖擊地壓，根據(jù)礦井實(shí)際情況，先期完成了鉆孔卸壓、控制推采速度和加強(qiáng)回采巷道支護(hù)3 種方法。根據(jù)上述理論研究成果，制定了現(xiàn)場(chǎng)施工方案，并在11302 工作面開采過(guò)程中進(jìn)行了試驗(yàn)，執(zhí)行防控措施后6 個(gè)月，11302 工作面微震監(jiān)測(cè)事件平面圖如圖10。

圖10 11302 微震事件分布平面圖Fig.10 Microseismic events distribution of No.11302 panel

由圖10 可以看出，微震系統(tǒng)中綠色代表微震事件能量≤103J，黃色代表微震事件能量≤104J，紅色代表微震事件能量＞105J。微震監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在采區(qū)一系列防控措施后，11302 工作面整體壓力顯現(xiàn)平穩(wěn)，微震事件能量等級(jí)主要介于103～104J，沒(méi)有出現(xiàn)105J 以上的高能量事件。

紅慶梁煤礦回采巷道支護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化前后，加強(qiáng)支護(hù)后大大降低了巷道圍巖變形量，單體液壓支柱暫未出現(xiàn)以往壓彎的情況，11303 回風(fēng)巷從掘進(jìn)開始起算，共計(jì)斷裂錨桿2 235 根，改變錨桿材料后已掘進(jìn)超過(guò)1 200 m 巷道，而在此過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)錨桿斷裂的現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，當(dāng)前狀態(tài)下沖擊地壓得到了較好的控制。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）塔然高勒礦區(qū)紅慶梁煤礦沖擊地壓的主控因素為開采深度、煤體強(qiáng)度、區(qū)段煤柱寬度和工作面推采速度。沖擊地壓是由于高強(qiáng)度開采導(dǎo)致堅(jiān)硬的煤體內(nèi)積聚大量彈性能而產(chǎn)生的。

2）提出了塔然高勒礦區(qū)深部開采沖擊地壓防控應(yīng)從降低煤體強(qiáng)度、控制推采速度、優(yōu)化區(qū)段煤柱尺寸、加強(qiáng)支護(hù)等方面著手的沖擊地壓防控策略，并制定了適用于紅慶梁煤礦的防控方法和技術(shù)參數(shù)。

3）紅慶梁煤礦目前在采取鉆孔卸壓、控制推采速度和加強(qiáng)回采巷道支護(hù)等措施后，沖擊地壓防控效果良好，實(shí)現(xiàn)了2 個(gè)工作面的安全開采，煤柱尺寸優(yōu)化和煤層注水工業(yè)性試驗(yàn)將在后續(xù)工作中實(shí)施，進(jìn)一步降低沖擊危險(xiǎn)性。