开滦唐山煤矿冲击地压防治实践

苏卫东

(开滦能源化工股份有限公司，河北 唐山 063018)

0 引言

唐山煤矿隶属开滦集团，设计生产能力420万t/a，核定生产能力300万t/a，1878年建井，1881年投产，距今已有142年的历史。唐山煤矿位于开平煤田西北翼的西南端。井田内主要构造复杂，由北向南依次排列着5条主断层，其断层走向与地层走向基本平行。矿井主要生产煤层有5号煤层、8号煤层和9号煤层(8、9大部分为合区)。5号煤层均厚2.45 m，8号煤层平均厚度3.21 m，9号煤层平均厚度6.63 m，8、9号煤层合区部分平均厚度达9.84 m。2018年度矿井瓦斯等级鉴定结果为高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为5.26 m3/t，绝对涌出量为41.84 m3/min。

2019年8月2日，矿井风井煤柱采区5号煤层发生一次冲击地压事故。岳胥区和南五采区未发生冲击地压事故，现已恢复生产。恢复生产采区与风井煤柱采区的水平间距在3.5 km以上，中间为采空区。现生产区域为岳胥区首采区西南翼9号煤层，南五采区5、9号煤层。目前矿井采煤工艺主要为走向长壁综合机械化采煤、综合机械化放顶煤开采工艺。恢复生产的采煤工作面为0253和Y394采煤工作面；恢复生产的掘进工作面为Y250-1溜子道、0252运煤边眼、0060运煤巷和南五运输巷(岩巷)。

1 冲击地压防治技术

1.1 调整矿井开拓布局

开采布局优化：研究和经验表明，开拓开采布局不合理是造成冲击地压的重要因素之一[1-3]。不合理的开拓开采布局一经形成就难以改变，易造成应力集中与叠加，到工作面开采时只能采取局部措施，耗费很大且效果有限，合理的开拓开采布局是防治冲击地压的有限区域预防措施。

降低开采强度：降低开采强度是防治冲击地压最直接有效的治理方法[4-6]。唐山煤矿调整了矿井生产定位及开采布局，对风井煤柱采区隔离处理，继续停产，并加强监测和人员准入管理，减少同时采掘作业线数量，降低矿井生产能力和工作面产量。在调整矿井开拓的基础上，唐山煤矿重新调整矿井生产定位，降低矿井产能，核定生产能力由420万t/a核减为300万t/a。降低工作面开采强度，不仅可以有效减缓上覆岩层下沉的影响，实现矿山压力和围岩积聚能量的稳定缓慢释放，更为重要的是，降低开采强度，为防冲措施实施腾出了时间和空间，进一步提高了矿井防冲工作的安全保障能力。

1.2 优化工作面布置

调整采掘顺序：调整并优化采掘接续和开采顺序，避开采掘扰动影响，做到“一面一评价一设计一措施”。严格落实工作面冲击危险性评价与防冲设计的要求，确定采煤工作面的安全推进速度4刀为3.5 m/d。

强化工作面防冲：在矿井防冲规划和开拓布局调整的基础上，对工作面布置进行优化调整。从工作面顺序开采避免“孤岛”，确保合理错距避免相互扰动[7-9]，避免设计巷道群和交叉巷道确定合理开采强度等方面，超前预防冲击地压的发生。

调整生产模式：减少采煤工作面同时开采数量，推行“一井两面”生产模式。

1.3 调整后的采区与工作面布置

依据南五采区冲击危险性评价和防冲设计要求，调整原南五采区设计，主要有以下4个方面。

采区生产系统布置层位调整：设计采区0060主运、0080轨道、0043回风的3条下山均布置在无冲击危险的岩层中。5、8、9号3个煤层采用联合布置。

取消部分西翼工作面：南五-950 m水平以下采用单翼开采布置，将原设计的西翼0255、0293、0295、0297工作面取消，仅设计东翼部分。西翼部分剩余储量待系统回收一起考虑并设计。

调整工作面走向：东翼工作面方向与9号煤层不一致，存在锐角夹角，与采区巷道系统不垂直，存在锐角夹角，停采线位置呈阶梯状，冲击危险性较高。将原设计工作面走向方向调整为与8、9号煤层方向一致，与巷道系统基本垂直，停采线保持一致。

调整停产线：巷道系统布置间距30 m以上，对停产线进行调整，保证巷道保护煤柱留设不小于120 m。对采区系统巷道进行设计优化，优化0252工作面生产系统巷道，优化水仓水平标高及位置。设计5、8、9号3个煤层工作面连接的集中斜石门，工作面倾斜长度全部调整为斜长150 m。

2 冲击地压预测预报及解危措施

2.1 冲击地压预测预报

区域监测方案：唐山煤矿冲击地压区域监测方案为ARAMIS M/E微震监测系统拾震器布置方案和煤矿微震监测系统传感器布置方案。目前，KJ768煤矿微震监测系统正常运行，冲击地压微震监测临界指标正常。ARAMIS M/E微震监测系统正常运行，冲击地压微震监测临界指标正常。

局部监测方案：局部监测方法主要包括钻屑法、在线应力监测法、电磁辐射法、矿压监测法等4种[10]。其中，KJ216B在线应力监测系统(矿压监测一体)共2套，分别安装在0253和Y394采煤工作面；电磁辐射监测仪3套，钻屑法施工钻机40台套以上。

应力在线监测法：应力在线监测采用KJ216B监测系统，与工作面支架阻力和顶底板移近量一体化监测。Y394工作面风道布置17组测点共34只围岩应力传感器，溜子道布置15组测点共30只围岩应力传感器。0253工作面风道布置1组测点共2只围岩应力传感器，溜子道布置1组测点共2只围岩应力传感器。

监测预警：矿井配备了ARAMIS M/E、KJ768微震监测系统、KJ216B在线应力监测系统(矿压监测一体化)、YDD16和KBD5电磁辐射仪等，制定了冲击地压危险性监测制度、监测预警临界指标及处置措施、调度处置制度和预警处理结果反馈制度等，为冲击地压区域和局部联合监测预警奠定了基础。

卸压解危治理：在冲击危险性评价和防冲设计报告的基础上，对矿井中等及以上冲击危险区域进行了卸压治理，主要采用煤层卸载爆破卸压。

卸压治理效果检验：在对中等及以上冲击危险区域实施爆破卸压治理后，采用钻屑法进行检验，对超过钻屑量临界值的区域进行二次卸载爆破治理，并采用钻屑法检验确认消除冲击危险。

2.2 冲击地压解危措施

煤层大直径钻孔卸压：大直径钻孔卸压是利用钻孔方法消除或减缓应力显现危险的解危措施[11]。此法基于施工钻屑法钻孔时产生的钻孔冲击现象。钻进愈接近高应力带，由于煤体积聚能量愈多，钻孔冲击频度越高，强度也越大，但钻孔冲击时煤粉量显著增多。因此每一个钻孔周围形成一定的破碎区，当这些破碎区互相接近后，便能使煤层破裂卸压。钻孔卸压的实质是利用高应力条件下，煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、释放能量，消除冲击危险。

煤层深孔爆破卸压：煤层深孔爆破卸压是对具有应力显现危险的局部区域，用爆破方法减缓其应力集中程度的一种解危措施[12-15]。通过钻屑法检测煤体的应力情况，如果煤粉量超过规定的指标，则认为该位置具有冲击危险。通过多个煤粉钻孔，圈定已形成冲击危险的区域。在确认已形成冲击危险的区域，以一定的爆破参数实施卸载爆破。在卸载爆破后，采用煤粉钻孔等方法在爆破孔周围一定区域内检测爆破的卸载效果(或事先埋设钻孔应力计)。如果煤粉量指标低于冲击危险值，即认为煤层已达到了卸载的效果，否则说明煤层仍具有冲击危险，应实施二次卸载爆破。

3 结语

个体防护措施在冲击地压防治过程中应时刻落实到位。在强冲击危险区的人员，必须配戴好防冲头盔、穿防护服，戴隔离式自救器，两顺保持压风管路正常供风，并按要求安设压风自救装置。除采取上述优化措施外，冲击地压危险区应加强支护，即倾角大于25°煤层的巷道上帮增加锚索支护；加强冲击危险区域巷道围岩加密打设U型棚支护，巷道高帮增加锚索支护。唐山煤矿目前暂定综放工作面推采速度不大于3.5 m/d，停采前150 m开始，并根据微震法、钻屑法、应力法等的监测结果，合理调整工作面的推采速度。