孟村煤矿中央带式输送机大巷层位调整技术实践

冯俊超，宇文琦

(陕西彬长孟村矿业有限公司，陕西 咸阳 713600)

0 引言

近年来，随着矿井开采深度加深、强度加大，我国快速涌现出一批冲击地压矿井，尤其是陕西彬长矿区和内蒙古鄂尔多斯深部矿区，虽然开采历史不长，但冲击地压灾害已成为影响它们安全生产的最大灾害。其中有些矿井由于设计理念落后，很多开采深度大于500 m的矿井在设计时没有考虑冲击地压问题，从而使得开拓部署不够合理、大巷布置在冲击地压煤层中，这也是导致近年来一些深部开采矿井及新建矿井接连发生冲击地压灾害的一个主要原因[1-12]。孟村煤矿就是典型的由于开拓部署不合理、中央大巷布置在冲击地压煤层中而导致了若干次冲击地压灾害，尤其自发生5·24冲击地压重大涉险事故以后，孟村煤矿决定对中央大巷进行层位调整。研究孟村煤矿中央大巷层位调整技术对矿井防灾治灾和安全高效生产意义深远，选取具有代表性的中央带式输送机大巷层位调整为对象展开研究。

1 孟村煤矿中央大巷布置工程概况

孟村煤矿井田位于彬长矿区中西部，设计能力6 Mt/a，井田东西长10.6 km，南北宽8.3 km，面积约63.6 km2。井田内4号煤层为单一可采煤层，煤层构造简单。煤层全厚3.7～26.3 m，平均厚度16.25 m。孟村煤矿主、副井位于井田东部边界，与胡家河煤矿为同一工业场地，孟村煤矿主、副井筒落底后，从井底车场向西沿井田中央布置一组东西向的中央大巷，盘区沿中央大巷两翼布置，中央大巷采用5巷布置，设有2条辅助运输大巷、1条带式输送机大巷和2条回风大巷。

根据《孟村矿井冲击倾向性鉴定及冲击地压危险性评价研究报告》鉴定结果，4号煤层为冲击地压煤层，矿井为冲击地压矿井，本井田开采的4号煤层冲击倾向性等级为强，煤层底板无冲击，顶板为弱冲击。目前，5条中央大巷均已施工403盘区大巷位置，各条中央大巷均沿煤层平行布置，水平间距为40 m，断面均采用直墙半圆拱形，其中，中央辅助运输大巷和中央带式输送机大巷断面净宽为5.4 m，净墙高1.6 m，净断面积为20.1 m2；中央回风大巷净宽6.0 m，净墙高1.6 m，净断面积为23.7 m2。5条大巷采用“锚网喷+锚索”支护。根据《煤矿安全规程》(2016年版)“开拓巷道不得布置在有严重冲击地压煤层中”，但孟村煤矿中央大巷不仅布置在严重冲击地压煤层中，且布置范围内赋存有DF29大断层，其延展长度约3 km，落差0～38 m，DF29断层对中央大巷产生了严重影响，自2015年有数据统计以来中央大巷累计发生7次能级在105J以上的冲击地压现象，冲击破坏区域主要聚集在DF29断层附近，中央大巷陷入“冲击破坏—巷修—冲击破坏”的僵局。

孟村煤矿中央大巷平面布置示意如图1所示。

图1 孟村煤矿中央大巷平面布置Fig.1 Plane layout of central roadway in Mengcun Coal Mine

2 孟村煤矿中央大巷冲击地压特征

自有数据记录以来，孟村煤矿中央大巷共发生7次能级在105J以上的冲击地压现象，见表1，冲击地压位置主要集中在中央大巷遇DF29断层附近，其中变形最严重的是中央带式输送机大巷，其次是2条中央辅助运输大巷，最轻的是2条中央回风大巷。冲击地压显现特征主要有巷道底鼓、帮鼓、喷浆层浆皮脱落、原支护失效、设备位移、围岩开裂等。

表1 孟村煤矿中央大巷发生较大冲击地压显现情况统计

3 孟村煤矿中央带式输送机大巷层位调整技术

3.1 层位调整技术分析

从防冲角度分析，4号煤层底板属于无冲击地层，4号煤层顶板属于弱冲击地层，后续大巷沿底板岩石布置有利于降低巷道冲击危险性。从防治水角度分析，后续中央大巷沿煤层底板布置，一定程度上有利于后期水害防治工作开展，但鉴于后期各盘区基本上均为下山盘区，盘区涌水无法自流至中央大巷，无论沿煤层顶板还是底板布置中央大巷都需设置盘区排水系统。因此，防治水对大巷层位选择影响不大。从围岩控制角度分析，本井田直接底板为铝土质泥岩、砂泥岩及碳质泥岩等稳定性较差岩体，属软弱岩层，遇水膨胀，巷道底鼓严重，其中铝质泥岩直接底厚度2～9 m，碳质泥岩伪底厚度一般1 m。根据本矿井以及邻近煤矿揭露煤层底板条件看，底板条件极差，极易垮塌、底鼓严重，不适宜布置巷道。结合国内矿井软岩支护情况，中央大巷若沿底板岩石布置，需采取“锚网喷+钢筋混凝土砌碹+反底拱”支护，施工难度大、安全条件差、掘进成本较高、维护困难。4号煤层直接顶上部基本顶为中等易冒落半坚硬中、细粒砂岩，厚度可达10余米，大巷布置于顶板岩石中较为有利。

综合以上因素，虽然4号煤层底板无冲击，大巷沿底板岩石布置对防治冲击地压较为有利，但底板岩性较差，为有膨胀性的铝土质泥岩、砂泥岩及碳质泥岩，支护困难，施工难度大，安全条件差。相反4号煤层基本顶为中等易冒落半坚硬中、细粒砂岩，厚度大，大巷布置于顶板岩石中较为有利。虽然其属于弱冲击顶板，但在施工过程中在做好矿压监测并采取卸压措施可进一步降低冲击地压的危险概率，确保安全。因此，设计将后续中央带式输送机大巷层位调整段布置于煤层顶板岩石(基本顶)中，巷道底板距煤层顶板约0～45 m。根据孟村煤矿中央带式输送机大巷目前布置及变形程度，经研究需将DF29断层影响范围的区段进行层位调整，并将原巷道进行充填或重新加固。

3.2 施工方案

中央带式输送机大巷层位调整施工方案如图2和图3所示。

图2 中央带式输送机大巷层位调整平面Fig.2 Horizon adjustment plane of central belt conveyor roadway

图3 中央带式输送机大巷层位调整剖面Fig.3 Horizon adjustment section of central belt conveyor roadway

①首先掘进2号充填措施巷，自中央一号辅助运输大巷1 080 m处开口，贯通中央带式输送机大巷。2号充填措施巷贯通后，充填中央带式输送机大巷层位调整段(东段)开口处至2号充填措施巷贯通点。②充填完成后，中央带式输送机大巷层位调整段(东段)按+7°上坡开口掘进，掘进77 m后拐弯掘进1号通风联络巷，贯通中央二号回风大巷，形成独立通风系统。之后自1号通风联络巷岔口处，继续掘进中央带式输送机大巷层位调整段(东段)。③1号通风联络巷贯通后，同时开始掘进4号充填措施巷，自中央二号辅助运输大巷1 780 m处开口，贯通中央带式输送机大巷。④4号充填措施巷贯通后，充填中央带式输送机大巷层位调整段(西段)开口处至4号措施巷贯通点。⑤充填完成后，中央带式输送机大巷层位调整段(西段)按+6°上坡开口掘进，巷道贯通剩余150 m时停止东段巷道掘进，由西向东掘进至贯通。⑥中央带式输送机大巷从2号充填措施巷至4号充填措施巷段仅留作通风巷道使用，后期根据需要填充处理。

3.3 巷道充填方案

中央带式输送机大巷充填东段：充填段共80 m，在距2号充填措施3 m处建一道2 m厚水泥预制块墙(1号密闭墙)，80 m处建一道2 m厚水泥预制块墙(2号密闭墙)，两墙之间用矸石充填，矸石顶部空隙用水泥混凝土充填；2 m厚的水泥预制块墙四周均需掏槽，掏槽至硬帮、硬底，掏槽深部均不小于0.5 m。矸石填充完毕后，再利用1号密闭墙预留的注浆管进行注水泥砂浆充填。

中央带式输送机大巷充填西段：充填段共70 m，在距4号充填措施3 m处建一道2 m厚水泥预制块墙(3号密闭墙)，70 m处建一道2 m厚水泥预制块墙(4号密闭墙)，两墙之间用矸石充填，矸石顶部空隙用水泥混凝土充填；2 m厚的水泥预制块墙四周均需掏槽，掏槽需掏至硬帮、硬底，掏槽深部均不小于0.5 m。矸石填充完毕后，再利用3号密闭墙预留的注浆管进行注水泥砂浆充填。

3.4 防冲方案

根据《中央大巷冲击危险性评价及防冲设计研究报告》，中央带式输送机大巷沿煤巷掘进期间冲击地压危险等级整体为强冲击危险，沿岩巷掘进期间冲击地压危险等级整体为中等冲击危险。

3.4.1 中等冲击危险区防冲方案

迎头大孔径钻孔卸压：卸压孔参数，见表2。

表2 迎头卸压孔参数Table 2 Parameters of head-on relief borehole

施工时，共布置3个钻孔，采用“三花”型布置方式，下部两孔距离巷帮各1.4 m，上部孔距离底板2 m，孔深50 m。当掘进工作面距卸压孔终孔位置15 m时，施工下一轮迎头卸压孔，始终保持掘进前方不小于15 m处为有效卸压范围。

帮部大孔径钻孔卸压：卸压孔参数，见表3。

表3 两帮卸压孔参数Table 3 Parameters of two-sides relief boreholes

施工时，使帮部卸压孔垂直于巷帮，单排布置，钻孔直径113 mm，孔深14 m，钻孔距底板1.4 m，封孔长度3 m，滞后迎头不得超过50 m。

底板大孔径钻孔卸压：卸压孔参数，见表4。

表4 底板卸压孔参数Table 4 Parameters of floor relief boreholes

施工时，底板卸压孔倾角为-60°，钻孔直径113 mm，孔间距1.4 m，孔深10 m。当钻孔遇岩石不足10 m时，钻孔施工至巷道底板岩石1 m，滞后迎头不超过50 m。

3.4.2 强冲击危险区防冲方案

结合孟村煤矿近2年实施的钻孔卸压效果分析，在强冲击危险区域与中等冲击危险区域基本一致，仅在参数上略有调整。

迎头大孔径钻孔卸压：采用“五花”布置，三下两上，其他参数不变。

帮部大孔径钻孔卸压：孔间距由1.4 m调整为0.7 m，其他参数不变。

底板大孔径钻孔卸压：孔间距由1.4 m调整为0.7 m，其他参数不变。

3.4.3 特殊时期和区域治理方案

掘进期间巷道贯通、立交等属于特殊防冲时期，在特殊时期制定防冲专项措施步骤如下：①针对特殊时期的地质及采掘情况，提前编制特殊时期的冲击地压防治专项措施。②根据监测结果开展专项卸压措施；当冲击危险等级为中等时，按照掘进期间的中等冲击危险区域防冲措施，当冲击危险等级为强时，按照掘进期间的强冲击危险区域防冲措施。

3.4.4 效果检验

综合检验方法：采用微震监测法、地音监测等综合监测系统，根据工作面防冲措施是否达到了设计要求和满足相关的规章、标准等，依据微震事件能量和频次变化，地音监测数据变化值共同确定效果检验结果。

钻屑法：当认为综合检验方法不能实现检验结果时，补充采用钻屑法进行检验。

每轮超前卸压孔施工完成后进行一次钻屑法检测，判定巷道冲击地压危险程度，若检验结果达不到安全施工条件，严禁掘进施工，必须再次进行解危处理，直至解危效果符合安全施工条件方可掘进施工。

掘进巷道开工前或停工超过3 d的巷道复工前，应按规定对该巷道进行解危和效果检验，判定其冲击地压危险程度，若检验结果不达标，必须再次进行解危处理，直至解危效果符合安全施工要求方可恢复掘进施工。

4 结语

(1)孟村煤矿中央带式输送机大巷层位调整施工技术方案是可行的，层位调整施工实践是成功的，为相似工程条件下的大巷层位调整提供了可借鉴的成功经验。

(2)截至目前，我国虽已初步建成了冲击地压矿井防治体系，但防冲措施的实施普遍没有落到实处，尤其受地质构造影响的冲击地压矿井，更要严格落实防冲措施，方可保障矿井安全平稳开采。