1 矿井及采区概况

三河尖煤矿位于徐州市沛县龙固镇境内，主采煤层为7、9煤。煤层冲击倾向性鉴定结论为7、9层煤均具有弱冲击倾向性。自1991年9月首次发生冲击地压以来，累计发生冲击地压达32次，冲击地压已成为矿井的主要灾害之一。2001～2015年期间三河尖各工作面冲击地压统计与分析见表1。其中由于地质条件和开采煤柱及不规则停采线引起的冲击地压事故达7次。矿井属严重冲击地压矿井。

 

表1 摇三河尖煤矿冲击地压统计表

  

序号发生破坏范围／m 1 01．06．09 9101工作面 490 细砂岩／3．2 煤柱时间发生位置采深／m顶板及厚度／m周边条件11 2 03．02．07 9202轨道巷 690 中细砂岩／9．87 煤柱 80 3 06．3．21 9202小面 690 中细砂岩／9．87 煤柱 40 4 08．10．12 7206轨道巷 840 中砂岩／12．4 停采线 53 5 08．11．27 7206轨道巷 840 中砂岩／12．4 停采线 77 6 09．5．29 7411小面切眼 656 粉细互层／12．1 停采线 28 7 15．1．30 92201运输巷 980 细砂岩／12．9 煤柱30

西一采区开采上限为-700m，下限为-980m，煤层埋藏较深，且西一采区为双翼采区，采区下山与区段斜交。由于工作面两巷与西一采区下山方向夹角仅40°左右，尚未回采结束的7130、7142、7132工作面两巷开口位置处，工作面回采时遗留大量锯齿状下山保护煤柱，顺槽与下山巷道以及部分联络巷道布置密集，围岩应力环境复杂，增加了冲击危险。特别是双翼回采的7130、7142工作面均处在向斜轴部，水平应力较为集中，容易发生冲击地压灾害。西一采区工作面布置如图1所示。

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图1 西一采区工作面布置图

表2为西一采区柱状情况，由表2可知：西一采区顶板岩层主要岩性为砂岩，且存在多层坚硬厚层砂岩。当两翼工作面回采至停采线附近时，锯齿状三角煤柱区应力集中程度增大，矿压显现理论上较强烈。

2 冲击危险性分析

 

表2 西一采区柱状图

  

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（1）7142工作面回采至停采线附近时，7130工作面回采460m左右。7130工作面继续回采至停采线附近时，在工作面超前支撑压力、7142采空区停采线残余支撑压力耦合作用下，西一下山两侧梯形区实体煤的应力集中程度会明显加剧。导致通过实体煤区域的两巷、西一下山两巷及其保护煤柱冲击危险性增加。回采时工作面危险区域如图2所示。

（2）地质构造区常常是冲击地压多发地段，因地质构造区常形成局部高应力区域，如向斜的轴部，断层附近等，另一方面工作面推至构造区域时，由于构造的特殊性，矿压显现常出现异常。西一2条下山7142运联巷至7140运输巷段共揭露5个正断层，断层落差均在 0.5～1.8m，构造应力集中程度较高。

  

图2 工作面相向回采冲击危险区域

数据统计工具：SPSS20.0，计量资料：（±s），t检验比较，计数资料：n,%，χ2检验计数资料，P＜0.05，有统计学意义。

3 防治措施

根据西一采区实际条件，顶板倾向深孔爆破预裂钻孔布置如图4所示。顶板倾向预裂爆破位置包括：7130、7142工作面设计停采线往里10m处各一组爆破孔。7128、7140工作面已开采工作面停采线往外10m各一组爆破孔。

挡土墙广泛应用于水利、土木和交通等行业当中，其上的土压力是挡土墙设计的重要依据。目前，挡土墙土压力的计算理论仍不完善，一是挡土墙绝大多数情况下回填土体处于非极限状态[1]，二是由于地基不均匀沉陷和水压力的作用等，使挡土墙可能发生平移（T）、绕墙顶转动（RT）、绕墙底转动（RB）或组合移动[2]，这使得挡土墙土压力计算没能形成系统理论。对不同墙体位移模式的非极限状态土压力进行研究，具有一定的实际价值和理论意义。本文拟对绕墙顶转动（RT）位移模式的挡土墙非极限状态被动土压力计算进行探讨。

  

图3 煤体大直径卸压孔布置平面图

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（1）大直径钻孔缷压。为了预防冲击地压灾害，西一采区工作面回采前，运用多因素偶合法对于评价有中等以上危险的区域，超前工作面150m实施大直径钻孔卸压（掘进期间实施大直径钻孔预卸压后，回采前再次对煤壁两帮进行二次卸压），钻孔密度为每隔1.5～2.0m（每两排锚杆）实施一个大直径钻孔，钻孔施工机具采用ZQJC-360/7.1气动架柱式钻机配L=1000mm、Φ76mm麻花钻杆和Φ110mm钻头。如图3所示。

7142工作面回采期间矿震分布如图7所示，矿震能量及频次变化规律如图8所示。

为确保安全生产，西一采区工作面7130、7142工作面相向回采时，冲击地压治理基于“强缷压、强支护”原则，主要针对煤层和坚硬顶板进行防治工作，同时加强两道支护。

（2）顶板倾向深孔爆破预裂。顶板倾向深孔预裂爆破的目的是沿倾向方向对顶板实施爆破，破断顶板，增加顶板裂隙，使顶板沿走向的连续性减小。开采过程中，在矿山压力作用下，坚硬顶板沿着爆破裂隙能够及时破断，从而使采空区顶板及时破断下沉，减小采空区周边支撑压力。另一方面减小岩层走向爆破位置两侧的矿山压力联系，减弱矿山开采对保护区域的采动影响。基于此，为了有效保护下山巷道，沿西一采区各工作面停采线附近实施顶板爆破预裂，减少采空区悬顶，同时在停采线与下山巷道之间实施顶板爆破预裂，减弱工作面开采与下山巷道区域的联系。

根据西一采区顶板岩层结构，其中8.5m厚中粒砂岩、9.5m厚粉砂岩为煤层上方亚关键层，距离煤层较近，是诱发冲击地压灾害的关键岩层。因此，顶板预裂爆破需要对该两层岩层进行预裂弱化。据此，三河尖矿每组爆破孔各设计2个钻孔，钻孔仰角分别为30°、45°，对应的钻孔深度分别为35m、50m。钻孔剖面布置如图5所示。其中，孔深50m钻孔装药45kg，封孔不小于20m，孔深35m钻孔装药30kg，封孔不小于15m。

  

图4 顶板倾向预裂爆破钻孔布置平面图

（3）加强现场巷道支护。西一采区下山巷道服务时间长，巷道两帮移近、顶板下沉、底鼓严重。随着采区进一步开采，两翼回采工作面由远离逐渐靠近。7130工作面与7142工作面相向回采时，采动相互影响逐渐增强。下山巷道区域应力集中程度将进一步加大，下山巷道将产生进一步收缩变形，围岩控制难度加大。为了控制巷道移近，需要对巷道加强支护，尤其靠近受两翼工作面停采残余支撑压力影响较大的区域，即下山距工作面停采线较近的区域。为了确保不发生冲击和破坏性事故，现场采取顶板及帮部打锚索托梁加固，顶板锚索间排距为1200mm×1600mm，1排3根；锚索托梁长度为2800mm（采用12#槽钢加工）。帮部锚索排距为2400mm，一字型布置；锚索托梁长度为3000mm，采用12#槽钢加工，锚索规格为Φ18.9mm×5200mm。巷道支护完成后，进行集中喷浆加固方式，如图6所示。

  

图5 顶板倾向预裂爆破钻孔布置剖面图

4 冲击地压防治效果分析

2016年5月1日起，营改增的试点范围扩大到生活服务业，餐饮业作为生活服务业的重要组成部分，近年来呈温和增长态势，市场竞争日趋激烈，且餐饮行业经历了十二五期间的整合，部分餐饮企业受到较大冲击。面对竞争和压力，餐饮企业开源节流是关键。据餐饮行业协会的调查研究，中国餐饮企业原材料成本作为餐饮产品生产过程中的最主要支出，占餐饮产品收入的比重最大，约为40%～50%。可见，餐饮企业的采购成本直接影响了企业利润，只有加强采购管理，控制采购成本，才能提升企业利润，提升企业市场竞争力。

  

图6 下山巷道加固方案

  

图7 西一采区矿震分布平面图

分析可知：

（3）2 条下山共与13条巷道交叉或贯通，形成很多三交煤柱，造成三四角门应力集中程度较高，尤其是7142运联巷至7140运输巷段，长约340m。受采掘动压影响。 2 条下山反复受 7138、7136、7140、7128、7130 工作面采掘动压影响。

（1）西一采区在7130和7142工作面回采期间，工作面附近共监测到有效震动152次，其中超过1E+04J的危险矿震共计12次。矿震主要分布在工作面开采区域、西一轨道下山煤柱区以及不规则停采线和向斜轴部区域，均受到向斜轴部和煤柱区集中应力影响，表明冲击危险影响因素分析正确。

（2）采取冲击危险预防技术后，西一采区矿震活动性较低，矿震能量及频次指标均未达到弱冲击危险等级，表明冲击地压防治效果良好。

  

图8 西一采区矿震活动性分析

5 主要结论

（1）西一采区下山区域遗留的锯齿状停采线煤柱，随着2工作面相向回采至停采线附近时，下山区域应力集中加剧，在此过程中，西一下山两巷围岩应力持续增大，冲击危险性明显提高，在回采期间应作为防冲重点。

（2）西一采区工作面位于向斜轴部，受向斜影响较大。向斜轴部区域常为水平构造应力集中区域，容易诱发底板型冲击地压显现。

（3）对不规则停采线处锯齿状下山保护煤柱采取顶板深孔预裂爆破，采用的大直径钻孔预卸压、二次加密卸压以及在工作面初次来压时加强巷道支护进行冲击地压防治技术体系，起到了较好的防治效果。