孤岛采煤工作面冲击地压的监测与防治技术

孤岛采煤工作面冲击地压的监测与防治技术

尚晓凯

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司益新煤矿黑龙江省鹤岗市154100

摘要：益新煤矿采煤三队三水平零石门15层左四段小块采煤工作面为孤岛工作面，通过实施钻屑法、SOS微震监测系统日常监测、KJ743在线监测、KBD5便携式电磁辐射仪日常监测等多方法综合监测，大孔径钻孔卸压、高压注水等多措施综合解危，冲击危险区域消除了冲击危险，实现了安全生产。

关键词：孤岛工作面；冲击地压；防治；

一、工作面概况

三水平零石门15层左四段小块采煤工作面走向335米，平均斜长56米，工作面平均倾角14°，可采储量19.5万吨。工作面安装50组BDY并联顶梁液压支架，软帮顶板管理采取全部垮落法，采高2.2米，煤厚8.0米。工作面机道与三水平零石门15层左四段采空区留设5.0米煤柱、切眼沿F119和F120断层掘送、回风道沿F119断层掘送，机道，回风道、切眼均沿煤层底板施工。

二、煤层顶底板岩性

基本顶为中砂岩，厚度5.45米，灰白色、以石英长石为主含少量黑色矿物；直接顶为细砂岩，厚度3.2米，粉砂质为主灰白色，含粉砂；伪顶为页岩，厚度0.3米，细腻含植物碎屑，含少量粉砂；直接底为粉砂岩，厚度0.75米，暗灰色，含少量植物碎屑，与煤层接触薄。

三、冲击危险等级的确定

益新煤矿三水平零石门区15层通过2010年--2016年七年的开采实践证明，六个块段均无冲击现象的发生。通过5年的SOS微震系统监测，该区也没有监测到1×104J及以上的震动，且震动频率最长10个月一次。

该区地质构造复杂，从而造成块段小，断层水将顶板软化，进而使工作面顶板岩石冒落充分，通过零石门多个工作面的开采，实践证明，初次来压及周期来压均不明显，且采空区无悬顶现象。

本区在掘进期间没监测到有效震动，通过取钻屑和KBD5、电磁检测均无冲击危险。

基于上述因素及结合中国矿大2014年1月出具的益新煤矿冲击危险区域评估与防治方案研究报告综合分析三水平零石门15层左四段小块，确定为弱冲击工作面。冲击危险影响因素主要是受上、下段采空区影响造成15号层左四段小块机道、风道压力增大、应加强支护，加强观测；工作面不规则拐点、三角门、断层多，造成局部应力集中，要加强巷道支护与维护，避免应力集中。

四、冲击防治措施：

1、该区采取SOS微震24小时监测；

2、上下两巷安装KJ743在线监测；

3、两种监测有一项达到预警值时，立即停止开采，进行解危处理。

4、解危执行大孔径煤体卸压孔。卸压孔施工完后，然后再用卸压孔进行煤体注水，再用KBD5及钻屑法验证，无冲击危险后，方可继续作业。

5、开采期间，每推进15m进行一次KBD5验证，取一次钻屑，并形成报告，报矿审批。

6、回风道与高位钻场交岔口处，斜风道拐点岔口处，切眼与机道交汇点处，应加强巷道支护与维护。

五、冲击地压治理措施

1、煤体高压注水

1）超前切眼15m至停采线处，对回风道、机道上下帮利用卸压钻孔对煤体进行注水工作。

2）在回风道、机道煤体内布置注水孔，参数为：孔距10.0m，钻孔孔径不小于Φ113mm，孔深20m，钻孔角度：水平线仰角20°。

3）封孔方式采用封孔泵进行封孔，封孔深度以不漏不崩孔为原则，一般不小于8.0m。

4）使用200泵进行高压注水，分2—3次，第一次注水到煤体渗水后停止16小时，再次进行高压注水，煤体再次渗水后改为静压注水，以保证煤体有足够的含水量，工作面推进到距注水孔10m处时，停止静压注水，撤出注水管路。

5）新钻孔高压注水压力不小于12兆帕。注水孔附近5m范围内充分渗水，确定为煤体压开，改为静压注水。

6）注水量计算：

依据公式：Q=B×M×L×r×K×V

式中：Q—注水量B—孔间距M—煤层平均厚度L—孔深

r—容重K—注水系数，1.1V—煤体含水增量2%

注水量：10×8.0×20×1.4×1.1×2%=48.6m3

大孔径钻孔卸压

在工作面回风道、机道上、下帮大孔径钻孔卸压，具体参数为：

1）钻孔施工使用ZWY-2000型液压钻机。

2）卸压钻孔孔深：20m。

3）卸压钻孔间距：2.5m一组，一组两个钻孔。

4）卸压钻孔直径：不小于φ113mm。

5）开孔位置：距底板1.0m和1.5m。

6）卸压孔方位及倾角：方位：垂直巷帮，倾角：水平线仰角5°和水平线仰角20°。

7）卸压钻孔封孔要求：封孔长度不小于2.0m。

六、效果检验及解危措施

1、煤层注水及大孔径卸压的冲击措施执行后，采用KBD5便携式电磁辐射仪、钻屑法、KJ743在线监测进行效果检验，并比对采取措施前后的指标降低幅度，采取方法同时低于临界值，方可认为措施有效。

2、在进行效果检验中，当有任何一种检测方法的检测值超过临界值时，立即停止作业，汇报区矿相关领导，经矿领导研究同意后，方可在上下两道重新加密补打高压注水孔和大孔径卸压孔，进行解危，再次进行效果检验。直到采取方法的检测值都降到临界值以下，方可继续生产。

3、如采取高压注水、大孔径卸压两种解危卸压措施后，经效果检验，有任何一种检测方法的检测值超过临界值，停止作业，另行研究其它卸压解危措施。

七、防治区域及重点区域划分

该工作面经过综合评估，运用综合指数法：Wt=max{Wt1、Wt2}=max{0.428、0.333}=0.428，0.428＜0.50该区定性为B级弱类：弱冲击危险；根据多因素耦合指数法：Wd1或Wd2确定区域各区段的冲击危险，切眼沿走向开采120m内为原始煤，受断层影响回风道与高位钻场交岔口处、斜风道拐点岔口处，及切眼与机道交汇处，是三角门应力区，该范围内为轻微冲击区域。

当采煤工作面沿走向推进120m后，进入上、下旧区范围内，属于孤岛开采，加打大孔径卸压孔和煤体注水。

八、冲击地压日常监测和相关要求

该区采用SOS微震系统、KBD5便携式电磁辐射仪、钻屑法、KJ743在线监测，对该工作面的冲击危险性和危险程度进行预测预报及检验。

SOS微震监测系统日常监测

该区域已实行网络覆盖，在开采过程中采取SOS微震系统24小时监测，由防冲科设专人每天对SOS微震监测数据进行分析，并将测得的震源位置进行综合分析，划分危险区域报矿有关领导审批。

KBD5便携式电磁辐射仪日常监测

1）当微震系统出现预警震动时，防冲科派专人用KBD5便携式电磁辐射仪分别对工作面和工作面向外回风道100m范围和机道向外100m进行移动监测，回风道、机道监测范围每10m布置一个测点，每月对采煤工作面做两次KBD5。

2）防冲科监测人员监测到的数据及时处理分析，发现数据超限采用钻屑法校核，如有冲击危险立即报矿并采取解危措施进行处理。

钻屑法

1）开采时以掘进时稳定区域取的钻屑为基数，工作面每推进15m取一次钻屑.

2）采用风煤钻、麻花套钎子垂直于煤壁、平行于煤层面钻取煤粉，钻孔参数为：开孔位置距底板1.5m，孔深10m，孔径φ42mm，。

3）如果有钻孔其中1m的钻屑量达到或超过正常值的1.5倍时，认为该处有冲击危险，及时向矿有关领导和防冲科进行汇报，立即采取解危措施进行处理。

KJ743在线监测

1）在上、下两道每隔30m安装一个KJ743应力在线监测设备。地面监测软件的数据显示能够实现对上、下两道煤岩应力危险区域和危险程度的实测预警。

2）当监测值达到11MPa时为黄色预警，当监测值达到13MPa时为红色预警，红色预警时立即停止作业，撤出人员，报矿研究后采取相应解危措施进行处理。

九、防治效果

三水平零石门15层左四段小块孤岛工作面通过实施钻屑法、SOS微震监测系统日常监测、KJ743在线监测、KBD5便携式电磁辐射仪日常监测等多方法综合监测，大孔径钻孔卸压、高压注水等多措施综合解危，建立了“预评估、预卸压、实时监测、卸压解危、效果检验”的冲击地压防治程序，杜绝了破坏性冲击灾害发生，实现了安全生产。

参考文献：

[1]陈旭，张振南，刘冬强.孤岛采煤工作面冲击地压防治技术研究[J].山东工业技术，2019（01）：87.

[2]黄向良.孤岛工作面新掘巷道卸压和支护机理研究[J].山东煤炭科技，2018（09）：26-28.

[3]吴小斌.孤岛工作面冲击地压监测与防治技术[J].山东煤炭科技，2018（06）：155-157+160.

[4]付计刚，刘岩，沈建波.深部孤岛工作面冲击地压防治技术研究[J].煤矿现代化，2018（05）：83-85.

[5]柳轶.孤岛工作面的应力分布及支护方案研究[J].煤炭与化工，2018，41（05）：20-23.

[6]胡鑫印.孤岛工作面防冲综合治理措施应用[J].山东煤炭科技，2017（11）：40-41+48.

[7]陈小俊.浅谈孤岛采煤工作面巷道顶板管理及支护方式[J].科协论坛（下半月），2013（07）：36-37.