深部复杂掘进工作面强冲击危...贯通防冲技术应用分析与研究_肖自义.pdf

深部复杂掘进工作面强冲击危险区巷道贯通防冲技术应用分析与研究肖自义1，王 永2，耿学升2，赵忠显2（1.国家矿山安全监察局山东局，山东 济南，250000；2.山东李楼煤业有限公司，山东 菏泽，274700）摘要：针对李楼煤业 1306 工作面轨道顺槽贯通点埋深达到 921 m 的高地应力特点，综合微震、钻屑等监测数据，对巷道贯通期间煤体应力变化规律进行了分析研究，对防冲技术措施应用效果进行了检验分析。研究表明：1306 工作面轨道顺槽在距离贯通点 80 m 以后开始受巷道贯通影响，迎头区域煤体应力开始增高；距贯通剩余 40 m 以后，煤体应力受巷道贯通影响明显，贯通区域煤体应力急剧升高，冲击危险程度增大；通过强断顶、强卸压、二次卸压的技术措施实施，能够有效释放煤体积聚的应力，减低贯通区域煤体应力，保证巷道安全平稳贯通。关键词：冲击地压；微震监测；钻屑监测中图分类号：TD 324文献标志码：A文章编号：1009-0797（2023）02-0034-07Application analysis and research on the technology of preventing and controllingrock burst in deep complex heading faceXIAO Ziyi1，WANG Yong2，GENG Xuesheng2，ZHAO Zhongxian2（1.ShanDong Bureau of the National Mine Safety Administration，Jinan250000，China；2.Shandong Lilou Coal Industry Co.,Ltd，Heze274700，China）Abstract：In view of the characteristics of high ground stress of the 1306 track slot penetration point of Lilou Coal Industry,which has a burieddepth of 921m,Based on the monitoring data such as microseism and drilling cuttings,the change rule of coal body stress during the tunnelrunning through is analyzed,and the application effect of anti scour technical measures is tested and analyzed.Research shows:The 1306 trackgateway is affected by the breakthrough 80 m from the breakthrough point,and the stress of the coal body in the head-on area starts toincrease；After 40m from the remaining part of the penetration,the stress of the coal body is obviously affected by the roadway penetration,thestress of the coal body in the penetration area rises sharply,and the degree of impact risk increases;The implementation of technical measuresfor strong roof breaking,strong pressure relief and secondary pressure relief,It can effectively release the stress accumulated in the coal body,reduce the stress of the coal body in the through area,and ensure the safe and stable through of the roadway.Key Word：rock burst；microseismic monitoring；drilling cuttings monitoring1工作面概况1.1工作面位置及开采情况1306 工作面位于一采区北翼，南侧为一采区下山，北至-610 m 煤层底板等高线，外段东侧为 1308工作面采空区，里段东侧为实体煤，西侧为实体煤，外段距离西侧的 1302 工作面采空区 390 m，里段距离西侧的 1302上工作面采空区 470 m。本次巷道贯通为 1306 工作面轨道顺槽外段与里段贯通，贯通点位于 1306 工作面轨道顺槽门子口向里 1 234 m，埋深 921 m。具体位置见图 1。1.2煤层及顶底板情况1306 工作面回采煤层为厚煤层，相对于薄煤层或中厚煤层，煤层厚度有利于冲击地压的发生。煤层2023 年第 2 期煤矿现代化第 32 卷图 11306 工作面轨道顺槽贯通平面图34DOI:10.13606/ki.37-1205/td.2023.02.013基本顶为厚 12.45 m 的中粒砂岩，直 接顶为厚 1.47m 的泥岩。煤层上方基本顶厚度大，直接顶厚度较小，有利于冲击地压的发生。1.3冲击倾向性鉴定情况根据煤炭科学技术研究院有限公司安全检测中心于 2015 年 4 月 28 日出具的李楼煤业 3 煤及其顶底板岩层冲击倾向性鉴定报告：李楼煤业 3 煤具有弱冲击倾向性，3 煤顶板具有强冲击倾向性，3 煤底板具有弱冲击倾向性。1.4地应力分析根据李楼煤业一采区煤系地层地应力测试和区域地应力场反演与重构研究报告：李楼煤业最大主应力为水平应力，应力方向为 94239.58，最大水平应力为最小水平应力的 1.091.95，最大水平主应力为垂直应力的 1.401.94 倍。基于等值线分布形态来看，1306 工作面区域的应力场以水平应力为主，最大水平主应力方向与轨道顺槽、胶带顺槽走向呈一定的角度。因此，地应力对巷道掘进冲击地压危险的影响较大。2防冲监测方案2.1微震监测方案为满足 1306 工作面轨道顺槽贯通掘进期间监测要求，在工作面轨道顺槽后路布置 2 个微震测点，在工作面胶带顺槽布置 3 个微震测点，形成了对贯通区域的覆盖监测，如图 2 所示，保证 5 个微震测点运行，从而保证微震监测与定位精度。2.2应力在线监测方案在掘进迎头后方 200 m 范围内布置应力测站，在巷道生产帮安设，巷道贯通期间按照强冲击危险区进行测站布置，测站安设间距不大于 20 m。每个测站布置浅孔、深孔 2 个钻孔应力测点，浅孔钻孔应力计布置深度为 8 m，深孔钻孔应力计布置深度为15 m，浅孔、深孔钻孔应力计间距不超过 2 m。测站布置滞后迎头不超过 30 m，如图 2 所示。2.3钻屑法监测方案1306 工作面轨道顺槽贯通期间按照强冲击危险区进行钻屑法监测，监测方法如下：2023 年第 2 期煤矿现代化第 32 卷图 21306 工作面微震测点布置图在掘进迎头巷道断面中间位置布置 2 个测点，每掘进 10 m 施工 1 次，在掘进巷道后方 60 m 范围内两帮每隔 10 m 布置 1 个测点，共布置 6 个测点，每间隔 1 天施工 1 次。3 常规卸压方案巷道掘进期间，按照冲击危险区域划分结果，确定卸压参数：对于弱冲击危险区域，在掘进头距离巷道底板11.5 m 施工 1 个卸压钻孔，位于迎头中心，钻孔深度L为 30 m，钻孔直径 150 mm，始终保持工作面前方 10 m 为卸压区域；在巷道两帮进行大直径钻孔卸压，钻孔距离巷道底板 11.5 m，钻孔间距D为 3m，误差200 mm，沿巷道走向 12 m 范围内不少于 4个钻孔，钻孔深度L不小于 20 m，钻孔直径 150mm，帮部卸压钻孔滞后迎头距离 X 不超过 10 m。对于中等冲击危险区域，在掘进头距离巷道底板 11.5 m 施工 2 个卸压钻孔，分布在迎头中心两35侧，孔口间距为 0.81.5 m，钻孔深度 L 为 30 m，钻孔直径为 150 mm，始终保持掘进工作面前方 12 m为卸压区域；在巷道两帮进行大直径钻孔卸压，钻孔距离巷道底板 11.5 m，钻孔间距D为 2 m，误差200 mm，沿巷道走向 10 m 范围内不少于 5 个钻孔，钻孔深度L不小于 20 m，钻孔直径为 150 mm，帮部卸压钻孔滞后迎头距离X不超过 10 m。对于强冲击危险区域，在掘进头距离巷道底板11.5 m 施工 3 个卸压钻孔，一般为“三花”布置，相邻钻孔孔口间距D为 0.81.5 m，钻孔深度L为30 m，钻孔直径为 150 mm，始终保持掘进工作面前方 12 m 为卸压区域；在巷道两帮进行大直径钻孔卸压，钻孔距离巷道底板 11.5 m，钻孔间距D为1 m，误差200 mm，沿巷道走向 5 m 范围内不少于 5 个钻孔，钻孔深度L不小于 25 m，钻孔直径为150 mm，帮部卸压钻孔滞后迎头距离 X 不超过10 m。钻孔布置如图 3 所示。（a）平面图（b）剖面图图 3掘进巷道帮部煤层卸压钻孔布置示意图4强化卸压方案4.1帮部大直径钻孔卸压方案巷道贯通期间，按照强冲击危险区进行预卸压钻孔施工，钻孔距离巷道底板 11.5 m，钻孔间距D为 1 m，误差200 mm，沿巷道走向 5 m 范围内不少于 5 个钻孔，钻孔深度L不小于 25 m，钻孔直径为 150 mm，将帮部卸压钻孔滞后迎头距离X由不超过 10 m 缩小至 6 m。本工程自距贯通点 90 m 位置开始实施，共计施工帮部大直径卸压钻孔 192 个，累计钻进进尺4 800 m。4.2迎头超前大直径钻孔卸压方案4.2.1被贯通巷道卸压方案提前在 1306 轨道顺槽反掘迎头布置 3 个超前卸压钻孔，孔深 30 m，孔径 150 mm，垂直煤壁施工，成“三花”布置，间距 0.81.2 m，同时在迎头两帮按外斜 15各施工 1 个超前卸压钻孔，即在“三花”布置的基础上，在迎头两侧紧贴两帮各增加 1 个卸压钻孔，与巷帮成 15夹角，如图 4 所示。本工程共计施工迎头大直径卸压钻孔 5 个，累计钻进进尺 150 m。贯通点卸压工程施工完成后，在 1306 联络巷上部岔口处打设密闭，实行封闭管理，严禁人员进入。4.2.2贯通巷道超前卸压方案1306 轨道顺槽掘进迎头至反掘停头位置的距离为 90 m 时，在掘进迎头实施超前卸压钻孔，其中迎头煤壁布置 3 个钻孔，孔深 30 m，孔径 150 mm，垂直迎脸煤壁沿煤层倾角施工，成“三花”布置，间距0.81.2 m，同时在迎脸两侧按外斜 15、30各施工 2个超前卸压钻孔，即在“三花”布置的基础上，在迎头两侧各增加 2 个卸压钻孔，如图 4 所示，随着向前掘进循环施工卸压钻孔，始终确保迎头保护带宽度不小于 15 m，直至贯通。本工程自距贯通点 90 m位置开始实施，共计施工超前大直径卸压钻孔 5 组，35 个钻孔，累计钻进进尺 1 050 m。4.3超前爆破断顶卸压方案1306 轨道顺槽掘进至反掘停头距离剩余 70 m时，在迎头布置 2 个爆破断顶孔，孔深 35 m，孔径89 mm，钻孔布置在迎头顶板，上仰 50，外撇 15施工；距离贯通剩余 50、30 m 时，在迎头布置 3 个爆破断顶孔，孔深 37 m，孔径 89 mm，钻孔布置在迎头顶板，上仰 50，两侧钻孔外撇 15施工，中间钻孔垂直迎脸施工，见图 4。钻孔装药长度 12 m，每孔装药量 40 kg。爆破范围覆盖下一周期掘进进度，形成对巷道掘进的掩护，降低巷道贯通期间冲击地压风险。本工程自距贯通点 70 m 位置开始实施，共计施工爆破断顶卸压钻孔 3 组