冲击地压煤层大型构造区巷道掘进防冲技术研究与应用*

吕大钊，亢晓涛，聂书遥

（1.陕西彬长孟村矿业有限公司，陕西 长武 713600；2.陕西彬长矿业集团有限公司，陕西 咸阳 712000）

0 前 言

冲击地压是矿山开采与巷道开掘中的一种动力灾害[1-2]。目前对动力灾害发生机理的认识仍有待进一步深入，监测预警水平还相对较低，很多矿井受地质条件限制，如断层等影响导致其冲击地压事件频发[3-8]。陕西彬长矿区孟村煤矿开采的4#煤层均厚16m，埋深普遍700m～890m，最大水平主应力为31.5MPa，属高地压型、强冲击倾向性煤层。矿井中央大巷布置五条巷道，受X1向斜（延展1455m）、DF29断层（H＞30m）和 B2背斜（延展 2980m）等大型构造影响显著，掘进期间曾发生冲击显现2次，防冲形势严峻。以中央一号辅运大巷防冲为例，对巷道在大型地质构造影响区掘进期间的防冲技术进行探讨。

1 工程背景

中央一号辅助运输大巷沿4号煤层中部布置，掘进方位270°，坡度为-2～+3.5°范围。中央一号辅助运输大巷断面净尺寸20.1m2，墙基础100mm。水沟布置于巷道北帮，规格为宽×高=400×400mm；地坪厚度300mm，铺底混凝土强度等级C30。中央一号辅运大巷位置见图1。

图1 中央一号辅运大巷平面图

临时支护采用金属吊环与空心钢管组成的前探梁。图2为该巷道临时支护平面图、剖面图。前探梁由3根4m长的3寸厚皮钢管制成，钢管壁厚6mm。吊环采用4寸厚壁钢管制作，长度为150mm，吊环上牢固焊接与支护锚杆配套的高强螺帽。前探梁一律采用一梁三环吊挂方式，正常施工时，前后吊环间距为1400mm，左右前探梁间距为1400mm，前探梁必须紧跟迎头前移。前探梁上方用方木背实接顶，并用木楔加紧。方木规格为：长×宽×厚=1800×150×100mm。

循环进尺为0.7m，最小控顶距为0.3m，割煤后最大控顶距为1.0m。当巷道进入岩层，且在顶板围岩坚硬稳定情况下，最大空顶距为1.7m，最小控顶距不变。若工作面顶板出现岩层破碎，节理裂隙发育时，立即缩小循环进尺至0.7m。施工地点必须备足临时支护材料，9个备用吊环、20块木楔、20块背板。垛放整齐，存放地点距迎头不大于50m。

图2 巷道临时支护平面图、剖面图

掘进迎头处于X1向斜和DF29断层之间，距离X1向斜轴部、DF29断层分别为80m和72m，掘进期间对工作面迎头、两帮和底板采取了大直径钻孔卸压处理，迎头卸压孔每轮3个，长80m，孔径113mm，三花型布置，每掘进65m施工下一轮卸压孔；两帮及底板卸压孔参数如表1所示。

表1 两帮及底板卸压孔参数表

2018年7月6日9：12分该巷道掘进时，迎头区域发生冲击地压，导致工作面掘进前方1m长×1.5m高煤体向巷道内抛出，迎头向外5m范围内右帮向巷中偏移0.6～1m，顶部有大量小块煤体脱落，十余块木托板被打翻或破裂。

2 冲击地压影响因素分析

2.1 地质构造因素

中央一号大巷掘进区域处于X1向斜和DF29断层之间，受褶曲及断层构造的复合作用影响，该区域煤体应力集中程度高，且断层存在活化现象，在掘进扰动作用下极易诱发冲击地压。该矿微震监测数据显示，巷道掘进至X1向斜和DF29断层复合构造区时，微震事件的频次和能量上升幅度达到30%，冲击危险性显著升高。

2.2 巷道布置因素

中央一号辅运大巷附近的中央一号回风大巷、中央胶带大巷率先掘进完成，区间煤柱均为35m，造成中央一号辅运大巷掘进前方为宽度75m的“孤岛煤柱”。两侧巷道的水平侧向应力叠加，导致煤柱体内应力高度集中。

3 冲击地压防治方案

3.1 卸压方案

3.1.1 巷道实施二次钻孔卸压

即中央一号辅运大巷暂停掘进，对迎头35m范围内两帮及底板实施二次钻孔卸压，钻孔长度20m，孔间距0.7～1.4m，垂直巷帮，如表2所示。

表2 二次卸压钻孔参数表

3.1.2 “孤岛煤柱”卸压

从中央一号辅运大巷两侧的巷道（中央一号回风大巷和中央胶带大巷）向中央一号辅运大巷掘进前方施工卸压孔，并保持卸压范围始终超前掘进迎头20m以上，具体如表3、图3所示。

表3 两帮及底板卸压孔参数表

图3 两侧巷道钻孔布置平、剖面图

3.1.3 强化支护方案

增强锚索支护强度，即将巷道锚索在原“五五”布置基础上每排增加3根（右肩补1根，右帮补2根），排距由1.4m调整为0.7m，其他支护参数不变，如图4所示。

图4 巷道断面支护图

增加U型支架支护。即对掘进迎头距断层20m处开始增设29U型支架，支架间距700mm，相邻两支架之间采用拉杆进行链接，支架顶及帮采用道木背实，后进行喷射混凝土至设计厚度。

4 微震监测数据对比

采取强化卸压措施前，微震监测数据显示，2018年6月6日～7月6日（30天）该巷道共发生微震事件491次，其中105J和104J（大能量，有破坏性）共计72次，占比达14.66%，具体如图5、表4所示：

图5 6月6日～7月6日微震事件分布图

表4 6月6日～7月6日微震事件统计表

采取强化卸压措施后，微震监测数据显示，2018年7月8日～8月6日（30天）该巷道共发生微震事件213次，其中104J能量事件35次，无105J以上能量事件，具体如图6、表5所示：

表5 7月8日～8月6日微震事件统计表

图6 7月8日～8月6日微震事件分布图

从图7所示的中央一号辅运大巷6月7日～8月6日微震活动规律可以看出，采取防冲措施后一个月内该巷道微震事件的能量和频次均显著降低，频次减少56.6%，冲击危险程度大幅降低，保障了巷道的安全掘进。

图7 中央一号辅运大巷6月7日～8月6日微震活动规律

5 结论

1）中央一号辅运大巷冲击地压影响因素以大型地质构造为主导，受X1向斜和DF29断层构造复合作用影响，煤体应力集中程度高，掘进期间极易诱发冲击地压。

2）多巷平行掘进时，要合理组织巷道呈“阶梯式”先后掘进，避免两侧巷道先掘、中间巷道后掘，导致中间巷道掘进前方形成高应力集中的“孤岛煤柱”。

3）对于多巷平行掘进形成的“孤岛煤柱”，可采取从临近巷道向掘进巷道施工卸压钻孔的方法，有效降低煤柱体内的应力集中程度，大幅降低冲击危险性。

4）防治煤矿冲击地压要采取强卸压与强支护相结合的“双强”防冲措施，二者相辅相成，不可偏废其一。