孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价研究报告陕西彬长孟村矿业有限公司天地科技股份有限公司二〇一五年十月项目名称：孟
村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价项目负责人：王书文助理研究员硕士参加人员：姓名职务、职称、学历专业负责内容签字毛德兵所长、研究
员、博士采矿项目指导潘俊锋室副主任、副研究员、博士采矿项目指导报告审核王书文助理研究员、硕士采矿现场负责理论分析刘少虹助理研究员、
博士采矿微震分析数值模拟史庆稳硕士研究生采矿数值模拟报告编写：王书文、刘少虹报告审查：报告批准：文件编号：CKHT2016-目录项
目背景1矿井概况1中央大巷开拓布置及延伸设计1冲击地压发生情况2项目研究意义4项目主要研究内容及思路4中央大巷延伸段冲击危险性掘前
预评价6冲击危险性预评价目的及意义6冲击危险性预评价方法及流程6中央大巷延伸段冲击地压主要影响因素及作用机制6冲击地压发生影响因素
归类与选取6煤层冲击倾向性7开采深度8顶板特性9褶曲构造9断层构造10巷道布置10掘进相互扰动14煤厚变化15中央大巷延伸段冲击危
险性掘前综合评价16冲击危险的综合指数法16因素分类及指数调整19地质因素影响下冲击危险性评价20开采因素影响下冲击危险性评价21
冲击危险性综合评价24中央大巷延伸段冲击危险性掘前精细化评价24冲击危险性精细化评价方法24中央大巷延伸段精细化评价27本章小结2
9中央大巷现行的冲击地压防治技术措施及效果30冲击地压监测预警及防治技术体系30冲击地压监测预警31微震监测31钻屑法检测33冲击
地压解危33常规解危技术方案33预警区域强化解危措施36冲击地压危险巷道强化支护38早期支护38强化支护38冲击危险区人员及物料管
理39中央大巷冲击地压防治效果393.7小结39考虑防治效果的中央大巷未掘段掘进期间冲击危险性类比评价40B2背斜影响区掘进期
间微震活动规律及冲击危险性40DF29断层影响区掘进期间微震活动规律及冲击危险性42考虑防治效果的中央大巷未掘段冲击危险性类比评
价43本章小结45使用期间中央大巷稳定性影响分析46中央大巷两翼采掘设计46相邻矿井已回采工作面对中央大巷影响46中央大巷合理保护
煤柱宽度的数值模拟分析49本章小结52中央大巷掘进及使用期间冲击地压防治补充措施53中央大巷掘进期间冲击地压防治补充措施53中央大
巷使用期间冲击地压防治补充措施54本章小结54主要结论55项目背景矿井概况孟村井田位于陕西省黄陇侏罗纪煤田彬长矿区中西部，泾河西岸
，行政区划隶属于咸阳市长武县管辖。孟村井田东以泾河为界与胡家河井田、小庄井田毗邻，西以218、167号钻孔连线与杨家坪勘查区
相邻，南以10号、176号孔连线及董家庄背斜的北部煤层零线与亭南井田为界，北至七里铺西坡背斜南部煤层零线。井田东西长10.
30km，南北宽5.87km，呈不规则矩形，面积60.47km2。孟村井田煤炭总资源量104626万吨，设计可采储量为54
929万吨，设计生产能力6.0Mt/a的。全井田唯一可采煤层—4煤，位于延安组第一段中部，煤层全厚3.70~26.30m，
平均16.25m，埋深430~890m，由东南向西北方向埋深逐渐加大。井田以发育宽缓的褶曲为主，含煤地层沿走向、倾向的产状变
化不大，断层稀少，无岩浆活动影响。井田内洛河~宜君组中粗粒砂岩含水层为区域含水层，厚度大，富水性较好，渗透性强。4煤层为易自燃发
火的煤层，发火期一般3~5个月。井田大部为一级高温区（31~37℃），局部为二级高温区（>37℃）。图1-1孟村井田位置图
中央大巷开拓布置及延伸设计如图1-2-a所示，矿井共设计5条中央大巷，均布置在4煤层中部，由北向南依次为：中央二号回风
大巷、中央二号辅助运输大巷、中央带式输送机大巷、（a）矿井采掘平面图（设计）中央一号辅助运输大巷、中央一号回风大巷，巷间煤柱宽度均
为35m。中央大巷初期开拓位置如图1-2-b所示，后期计划向西延伸约1700m，然后向北开拓403盘区大巷。本项目研究
主要针对中央大巷403盘区大巷设计开口位置以东的中央大巷延伸段，即图1-2-b中虚线框内的区段。截至项目开展，中央大巷已在
图1-2-b基础上向西延伸约300m。（b）中央大巷开拓延伸段布置图图1-2孟村矿井采掘工程平面图冲击地压发生情况截至
2015年9月25日，孟村矿井共发生3次轻微冲击地压。2014年7月19日凌晨5时左右，401101工
作面措施巷F1断层附近，里程520m～648m发生冲击显现，顶板现整体下沉200～300mm，局部金属网被撕裂。图1-
3孟村矿井“7.19”冲击显现区域2015年8月31日凌晨4：31，中央一号辅运大巷掘进工作面挂网期间，迎头向后0
~30m发生冲击显现，煤柱帮（右帮）最大帮臌量0.5m，肩部变形量相对较大，十余处大块浆皮被崩落，局部开裂，2处锚网被撕裂，
4处木托盘被压裂。图1-4孟村矿井“8.31”及“9.4”冲击显现区域图1-5为孟村矿井冲击地压主要发生区域，可见断层附近
冲击地压危险较高，应引起足够的重视。图1-5孟村矿井冲击显现区域分布项目研究意义由于彬长矿区早期生产矿井未发生冲击地压灾害，
孟村矿井在设计阶段并未开展冲击倾向性鉴定和冲击危险性评价工作，认为该区域煤层开采无冲击地压灾害，因此，在进行中央大巷布置设计时并没
有从防范冲击地压的角度加以考量，最终均布置在了4煤层的中部。然而，随着开拓范围的不断扩大，主要地质构造区域掘进作业更为集中，
煤岩体破坏逐渐表现出动力特征，临近的胡家河矿井在回采过程中冲击地压灾害形势更为严峻。以上不利局面的出现是彬长矿区建设者始料未及的，
随着对该灾害不断认识、探索，孟村矿井逐渐摸索了出了适合自身的冲击地压监测及防治技术，在一定程度上控制了冲击地压灾害的进一步恶化。众
所周知，中央大巷将服务全矿井，周期可达数十年，其在使用期间的稳定性关乎整个矿井的生命线，尤其在冲击地压矿井，一般将中央大巷布置在煤
层顶板或底板内稳定的岩层里。在《煤矿安全规程》中，亦对严重冲击地压煤层中央大巷的布置做了相关规定。以上举措的目的在于，保障中央大巷
在使用期间不因冲击地压而丧失稳定性，以致影响矿井的正常运行。对于孟村矿井而言，由于在设计阶段并未超前考虑冲击地压的影响，加之在建设
初期，冲击地压显现并无表现，导致在矿井首采区开拓一段距离后才清楚的认识到冲击地压的严重性，以及该灾害对矿井安全、设计、产能、审批等
方面的重大影响。综上，针对孟村矿井中央大巷开拓布置及彬长矿区冲击地压灾害现状，亟须针对中央大巷继续延伸过程中冲击危险性及回采过程中
的稳定性进行分析。项目主要研究内容及思路针对以上问题，本项目围绕孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性进行预评价，具体内容包括：掘进期
间冲击地压主要影响因素及作用机制分析；掘进期间冲击地压危险等级判定及区域划分；中央大巷保护煤柱留设宽度合理性研究；工作面回采期间中
央大巷稳定性分析。项目研究思路如图1-1所示。强冲击中等冲击弱冲击无冲击中央大巷延伸段冲击危险性掘前预评价图1-1项目研究
思路强冲击中等冲击弱冲击无冲击相似影响因素作用区掘进期间实际冲击危险性相同影响因素作用区掘进期间实际冲击危险性考虑防治效果的未掘段
冲击危险性类比评价安全管理措施强化支护措施解危措施监测预警措施中央大巷合理布置层位服务期间工作面回采对中央大巷稳定性影响分析中央大
巷延伸段冲击危险性掘前预评价冲击危险性预评价目的及意义依据评价与工作面回采在时间上的先后关系，可将冲击危险性评价分为预评价和实时评
价两种。前者在工作面回采之前进行，后者是在回采过程中进行。冲击危险性预评价的直接目的为：在工作面掘进或回采之前，利用理论或实测手段
，划定工作面掘进或回采过程中可能发生冲击地压的区域，大致确定危险区域范围和危险程度，并指出致灾主要影响因素。冲击危险性预评价有助
于制定针对性的冲击灾害防治及管理措施，有重点的布置监测预警设备，在条件允许情况下进行防冲优化设计，从源头上降低甚至消除冲击事故灾害
。在山东、河南等冲击地压重灾区，工作面冲击危险性预评价必须与工作面开采设计同时进行论证，论证为严重冲击地压危险性的工作面需要上报相
关部门备案。冲击危险性预评价方法及流程冲击危险性预评价包括两个环节：中央大巷冲击危险性综合评价和各巷道冲击危险性精细化评价。危险
性综合评价从宏观上描述工作面在采（掘）过程中的总体危险程度。危险性精细化评价可确定工作面内每条巷道各区段在采（掘）过程中的危险
程度。危险性综合评价结论可用于基于防冲的采区及工作面设计优化，合理分配各工作面间的防治力量。危险性精细化评价结论可实现防治措施和
监测装备布置的精细化，合理设计各巷道各区段的防治方案。而冲击危险性预评价的基础就是对该评价区域冲击地压主要影响因素及作用机制的分
析。中央大巷延伸段冲击地压主要影响因素及作用机制冲击地压发生影响因素归类与选取冲击地压发生的影响因素可从多种角度进行归类和选取，其
结果也不尽相同。广义上讲，冲击地压的相关影响因素包括：导致冲击危险性增高的因素，包括天然形成的、难以改变的地质因素，以及因人类活动
形成的开采技术因素；导致冲击危险性下降的因素，包括人为的、旨在降低冲击危险性的防治措施，以及降低围岩破坏程度的主、被动支护措施；导
致冲击发生之后危害性产生变化的因素，一般指针对冲击地压灾害的人员、物料、设备等方面的安全管理措施。在进行冲击地压研究时，导致冲击地
压危险性增高的因素是首要关注的问题，确定该类因素的组成和作用机制后，才能论证解危工作和安全管理工作的必要性和具体方法。因此，在
论述冲击地压发生的主要影响因素时，一般指导致冲击危险性增高的因素。按照不同分类标准，可将影响因素进行归类：依照各因素影响范围尺度
的不同，可分为全局因素和局部因素。全局因素作用范围相对较大，可涵盖多个工作面甚至采区，主要有冲击倾向性、开采深度等因素。局部因素仅
影响局部范围，如断层构造、煤柱等因素。依照各因素影响导致的载荷形式不同，可分为静载荷影响因素和动载荷影响因素。依据在采掘不同阶段影
响程度的不同，可分为掘进期影响因素和回采期影响因素。依据其成因的不同，可分为地质因素和开采技术因素。需要说明的是，由于冲击地压的复
杂性，影响因素在不同开采阶段、不同开采环境下可表现出不同的影响方式和程度。各矿井间条件存在显著差异，其冲击地压发生的主要影响因素也
就不同。因此，需针对矿井实际条件，针对性挑选，进一步深入分析。煤层冲击倾向性煤层冲击倾向性是指煤层所具有的积蓄变形能并产生冲击式
破坏的性质。对具体矿井而言，煤层冲击倾向性对冲击地压的发生具有显著影响，是冲击地压发生的内在本质影响因素。在相同条件下，冲击倾向性
高的煤体发生冲击的可能性要远大于冲击倾向性低的煤体。鉴于冲击倾向性鉴定的重要性，《冲击地压煤层安全开采暂行规定》第二章，第12
条规定：有冲击地压现象的矿井、条件类似的相邻矿井的煤层及冲击地压煤层的新水平，必须进行冲击倾向鉴定。《山东省矿井冲击地压防治规定
（试行）》第一章第3条明确规定：未发生冲击地压的矿井，开采煤层、煤层顶底板经鉴定具有冲击倾向性，并且采掘过程中煤粉量超标、有煤
炮或钻孔钻进中有卡钻、吸钻、异响等动力现象的，均按冲击地压矿井管理。根据孟村矿井煤岩冲击倾向性测定结果，首采区4煤层的上、下分
层均鉴定为具有强冲击倾向性的煤层，如表2-1。对于首采区全煤巷道而言，巷道顶板、两帮和底板均为具有强冲击倾向性的煤体，在一定应力
条件下，巷道四周均具备发生冲击破坏的可能性。当水平构造应力作用为主时，顶底板冲击危险相对严重；当垂直应力过度集中时（如煤柱应力集中
），则两帮冲击危险相对严重。表2-1孟村矿井4煤试样冲击倾向性各项指数测定结果指标层位动态破坏时间DT/ms冲击能量指数
/KE弹性能量指数/WET单轴抗压强度Rc/MPa上分层冲击倾向性判定弱强强强综合评判结果强冲击倾向性下分层冲击倾向性判定弱弱强强
综合评判结果强冲击倾向性事实上，冲击地压的发生不仅仅与煤、岩层的冲击倾向性有关，而且与煤岩层的结构特点和煤岩层的组合形式具有密切的
关系。煤体自身具有冲击倾向性是发生冲击地压的必要因素之一，然而即使是有强烈冲击倾向的煤体也只有在一定的条件下才会产生冲击式破坏，并
释放巨大能量。在采、掘工作面及巷道中，煤、顶板、底板共同组成一个力学平衡体系，这个体系受到采掘活动的影响时，受力状态不断的变化，也
就导致冲击地压发生的危险程度也是在不断变化的。因此，围岩与煤体的相互作用情况，是能否发生冲击地压的重要条件。开采深度冲击地压的发
生和煤层埋深有一定关系，统计分析表明：在同一矿区或同一矿井，开采深度越大，冲击地压发生的可能性也越大。波兰资料显示深度H≤350
m时，冲击地压一般不会发生，深度350击地压的危险性急剧增长，当采深为800m时，冲击指数（Wt=0.57）比在采深500m（Wt=0.04）增加了14倍，当
采深非常大时，比如1200～1500m，冲击指数增长梯度将会减小，但其值会非常高。埋深仅仅是影响冲击地压发生的因素之一，由于不同
矿区的地质及开采技术条件不同，冲击地压发生的最小临界深度差异较大，例如兖州矿区、潞安矿区冲击地压临界深度约为400～500m，而
神华新疆、平庄矿区冲击地压临界深度约为150~300m。根据胡家河、孟村、高家堡、亭南等矿井动力显现情况分析，彬长矿区冲击地压临界
深度约为500～600m。由图2-1可知，孟村矿井中央大巷附近区域4煤层埋深约为700～740m，超过了彬长矿区冲击地
压发生的临界深度。图2-1孟村矿井中央大巷附近区域4煤层埋深分布图顶板特性对于掘进巷道而言，若周围无采空区影响，顶板结构对
掘进工作面冲击危险的影响程度较小，这是因为仅巷道开挖难以引起顶板大规模活动。而本次评价的中央大巷延伸段周围无采空区，因此顶板对其冲
击危险性的影响较小。褶曲构造研究表明，在煤岩层褶曲构造的向斜和背斜轴部地应力水平较高，且最大主应力一般为水平构造应力，更易于引起以
巷道顶、底板受到显著破坏为主的矿压显现或冲击地压，该规律在掘进巷道表现尤为突出。根据孟村矿井首采区地应力现场测量，最大水平主应力?
H量值上约为垂直主应力?V的1.66～2.10倍。图2-2及表2-2为孟村矿井中央大巷褶曲分布情况。可见，孟村矿
井中央大巷近期开拓受X1向斜和B2背斜影响，水平构造应力作用更为显著。根据构造延展方向，预计中央大巷向西延伸时，冲击地压灾
害形势更加严峻。图2-2孟村井田中央大巷附近地质构造分布图表2-2孟村井田首采区褶曲分布情况统计序号名称延展长度/m影响区
域1X1向斜1455401101工作面、401102工作面、中央大巷2B2背斜2980401101工作面、401102
工作面、中央大巷断层构造断层作为地质不连续体，对煤岩层的物质结构和构造应力场分布产生了很大的影响。影响程度取决于断层性质（包括断层
倾角、断层充填情况，断层面形态、断层面的抗剪强度和抗拉强度等）、断层围岩性质以及地应力状态。断层面上的剪应力等于断层面的抗剪强度时
，断层就处于临界不稳定状态，此时轻微的扰动就可能引发断层活化，甚至导致强烈的冲击地压。断层极大地扰乱了地应力场的分布，这种对地应力
的扰乱只是发生在断层附近有限范围内，超过一定距离，地应力分布恢复正常状态。如图2-2所示，孟村矿井中央大巷延伸段主要受DF2
9（H=0～38m）和DF27（H=0～5m）断层影响，其中DF29断层已经揭露，对掘进进度及冲击地压危险影响均较大。该区域
断层构造多与褶曲构造伴生，表明受地质运动影响，褶曲构造形成过程中，煤岩层受力超过其强度极限而发生断裂，使得断层附近应力及结构产生显
著异常。因此在分析褶曲内断层对冲击地压影响时，应综合考虑两种地质构造的叠加效应。巷道布置2.3.7.1煤柱宽度孟村矿井5条中
央大巷间的煤柱宽度均为35m。图2-3为采用数值模拟方式分析未受工作面回采扰动时中央大巷煤柱及巷道围岩受力情况。模型中，煤柱
宽垂直应力/MpaFLAC3D3.00Step18985ModelPerspective10:57:53ThuSep
172015Center:Rotation:X:6.800e+001X:0.000Y:5.000e-001Y:
0.000Z:2.800e+001Z:0.000Dist:3.765e+002Mag.:2.44Ang.:2
2.500ContourofSZZMagfac=0.000e+000GradientCalculation-2.073
8e+007to-2.0000e+007-2.0000e+007to-1.7500e+007-1.7500e+007to
-1.5000e+007-1.5000e+007to-1.2500e+007-1.2500e+007to-1.0000e
+007-1.0000e+007to-7.5000e+006-7.5000e+006to-5.0000e+006-5.00
00e+006to-2.5000e+006-2.5000e+006to0.0000e+0000.0000e+000to
1.0457e+005Interval=2.5e+006ItascaConsultingGroup,Inc.Minn
eapolis,MNUSA图2-3中央大巷煤柱及围岩垂直应力分布图2-4中央大巷煤柱及围岩垂直应力分布曲线由图2-3
及图2-4可知，煤柱垂直应力峰值应力约为20.2MPa，垂直应力集中系数1.14，煤柱中央应力垂直应力约为19.6MP
a，应力集中系数约为1.11。可见，在未受回采工作面采动影响时，35m煤柱内部整体处于应力集中状态，但集中程度较低。2.3.7
.2底煤厚度水平距离/m10203040506070809010011012000巷间煤柱252015105度35m，在保证模
拟效果的前提下，将巷道轮廓由直墙半圆拱型简化为矩形，巷道宽×高=5m×4m，水平应力和垂直应力均根据地应力测量值取得，煤岩物理力学
参数根据实验室测试或同岩性推断。冲击地压理论研究及实践表明，冲击地压发生时，一般均伴有严重底臌，且较厚底煤的留设对冲击地压的发生往
往起到促进作用。对于巷道围岩而言，顶板和巷帮一般进行支护，底板一般无支护，从而导致底板成为巷道最为薄弱的区域。当冲击载荷作用至巷道
围岩时，能量将从最薄弱的环节突破，该过程必然伴随的底板的缓慢底臌或冲击破坏，如图2-5。图2-5巷道底板(地基)极限平衡力
学模型巷道底板可分为3种情况：岩石底板、薄底煤（小于2m）、厚底煤（大于2m），其中前两者最为多见，厚底煤一般存在分层开采
工作面。底板岩性对冲击地压发生的影响主要取决于底板的强度和载荷水平。岩石底板本身强度较高，承载能力大，对冲击载荷的抵抗效果明显。留
有较薄底煤时，底煤在巷道掘进后即将发生渐进式变形破坏，承载力显著降低，下部岩石底板仍将是承载的主体。而底煤较厚时，煤体必然成为承载
主体，在冲击载荷作用下更易发生破坏，尤其具有冲击倾向性的底煤本身具备集聚弹性能并发生冲击破坏的特性。图2-6更直观的展示了不同厚
度底煤巷道围岩的弹性能分布云图和加速度矢量图模拟结果。从图中观察到，岩石底板巷道围岩加速度较大的区域主要是两帮，但底煤厚度大于
2m巷道底板有向采掘空间内运动的强烈趋势，此时底板为主要冲击显现区域。（a）岩石底板（b）底煤厚度大于2m图2-6不同底煤
厚度巷道围岩的弹性能分布云图和加速度矢量图孟村矿井各中央大巷均设计布置在4煤层中部，较厚底煤的存在对冲击地压的发生起到促进作用
，同时显著影响着冲击显现特征—冲击导致底臌。巷道轴向与地应力方向国内外井下地应力测量结果表明，岩层中的水平应力在很多情况下大于垂直
应力，而且水平应力具有明显的方向性，最大水平主应力明显高于最小水平主应力，这种趋势在浅部矿井尤为明显。因此，水平应力的作用逐步得到
人们的认识和重视。澳大利亚学者W.J.Gale通过现场观测与数值模拟分析，提出了著名的最大水平主应力理论，得出水平应力对巷
道围岩变形与稳定性的作用（图2-7）。认为，巷道顶底板变形与稳定性主要受水平应力的影响：当巷道轴线与最大水平主应力平行，巷道受水
平应力的影响最小，有利于顶底板稳定；当巷道轴线与最大水平主应力垂直，巷道受水平应力的影响最大，顶底板稳定性最差；当两者呈一定夹角时
，巷道一侧会出现水平应力集中，顶底板的变形与破坏会偏向巷道的某一帮。该规律在顶板完整坚硬的巷道表现不太明显，但在较为破碎的煤层顶板
条件下较为显著。在最大水平应力作用下，顶底板岩层会发生剪切破坏，出现松动与错动，导致岩层膨胀、变形。锚杆的作用是抑制岩层沿锚杆轴向
的膨胀和垂直于轴向的剪切错动，因此，要求锚杆强度大、刚度大、抗剪能力强，才能起到上述两方面的约束作用。这也正是澳大利亚锚杆支护技术
特别强调高强度、全长锚固的原因。应力集中应力集中平面断面最佳方向最劣方向(b)(c)图2-7水平应力方向对巷道变形与破坏的影响
(a)-巷道平行最大水平主应力；(b)-巷道与主应力呈45°角；(c)-巷道垂直最大水平主应力根据孟村矿井首采区地应力测量结论，
测点最大水平主应力?H方位角集中在145～171°之间，与5条中央大巷及工作面顺槽等巷道轴向夹角在65～81°之间，与
盘区大巷轴向夹角在8~35°之间，因此最大水平主应力?H对中央大巷及工作面顺槽的影响较大，对盘区大巷影响较小。在其它条件基本
一致的前提下，南北向巷道的矿压显现剧烈程度要显著小于东西向巷道。图2-8孟村矿井地应力测点水平主应力方向掘进相互扰动目前，孟
村矿井中央大巷3～4条巷道同时在掘，必然面临工作面间的掘进相互扰动问题。对于冲击地压矿井而言，掘进扰动具有其特殊性，可从两方面
理解：采动应力相互叠加与非冲击地压矿井类似，采掘工作面将导致围岩产生不断演化的采动应力场，在采掘过程及过后的一段时间内，巷道围岩
应力场处于动态调整当中，该过程伴随着围岩分区域加、卸载，最终导致应力与弹性能的重分布。而近距离采掘工作面的存在将导致该演化过程
更加剧烈，围岩加、卸载作用更加频繁，加、卸载强度更高，使得近距离采掘工作面之间煤岩层更易发生破坏。采掘活动引起动载荷相互影响一般
将采掘空间周围支承压力影响范围之外的区域视为非采动影响区，但这仅是从常规的静态应力场角度得出。实际上，在冲击地压矿井，采掘活动常常
伴随着不同强度的煤炮，所谓煤炮实为工作面围岩应力调整过于剧烈，而导致的急剧破坏，并瞬间释放弹性能，该弹性能将以地震波的形式向周围传
播，当其传播至邻近采掘工作面时，将引起附加动态应力，使其总应力水平急剧升高，为冲击地压的发生提供充分的应力条件。图2-9描述了掘
进工作面引起的常规采动应力和动载荷作用范围对比示意图，对于实体煤中的掘进巷道而言，常规意义上的采动应力作用范围一般为巷道高度的3
～5倍，孟村矿井中央大巷之间35m煤柱，两侧巷道间的采动影响相对较弱，仅在“齐头并进”时影响相对显著，但动载荷的瞬间影响范
围要远大于采动应力作用范围。为防止掘进工作面相互扰动过大，后期掘进工作面接续安排时，应保证2个掘进工作面间直线距离不得小于1
50m。1#掘进工作面引起的动载荷有效作用范围1#掘进工作面引起的采动应力作用范围1#掘进工作面2#掘进工作面非影响区动载荷影响区
动载荷影响区采动应力影响区非影响区煤厚变化图2-9掘进工作面活动影响范围示意图根据地质力学的观点,煤层厚度变薄及倾角变大处往往
是应力集中处。因此,当采掘工作面接近这些区域处,易造成应力叠加,有可能导致冲击地压的发生。煤层厚度的变化对形成冲击地压的影响，往
往要比厚度本身更为重要，在厚度突然变薄或变厚处，煤体内因静载荷作用易产生应力集中现象。煤层局部厚度的不同变化对应力场的影响规律为：
煤层厚度局部变薄和变厚所产生的影响不同，煤层厚度局部变薄时，在煤层薄的部分，垂直地应力会增加。煤层厚度局部变厚时，在煤层厚的部分
，垂直地应力会减小，而在煤层厚的部分两侧的正常厚度部分，垂直地应力会增加。而且煤层局部变薄和变厚，产生的应力集中的程度不同。如图
2-10及图2-11所示。（a）煤层局部变厚模型（b）煤层垂直应力分布曲线图2-10煤层局部变厚对应力的影响（a）煤
层局部变薄模型（b）煤层垂直应力分布曲线图2-11煤层局部变薄对应力的影响煤层厚度变化越剧烈，应力集中的程度越高。当煤层变薄时
，变薄部分越短，应力集中系数越大。煤层厚度局部变化区域应力集中的程度，与煤层和顶底板的弹性模量差值有关，差值越大，应力集中程度越高
。根据孟村井田首采区三维地质勘探成果，中央大巷附近存在1处煤厚变薄带。可见煤层局部变薄对孟村矿井冲击地压发生的影响总体范围较小
。勘探成果并未提供煤层局部变厚区域，在采掘过程中，应加强该方面的地质预测预报，以提高冲击危险性评价的准确性。图2-12孟村
矿井中央大巷附近煤层局部变薄带分布中央大巷延伸段冲击危险性掘前综合评价冲击危险的综合指数法综合指数法在分析已发生的冲击地压灾害的基
础上，分析各种采矿地质因素对冲击地压发生的影响，确定各种因素的影响权重，然后将其综合起来，建立起冲击地压危险性评价和预测的综合指数
法。这是一种宏观角度的评价方法。可用于对工作面冲击地压危险性进行评价，以便正确的认识冲击地压对矿井生产的威胁。对于具有冲击危险性的
矿井来说，在进行采区设计，工作面布置，采煤方法的选择等时，都要对该采区、煤层、水平或工作面进行冲击地压危险性评定工作，以便减少或
避免冲击地压对矿井安全生产的威胁。冲击地压危险状态可通过分析岩体内的应力、岩体特性、煤层特征等地质因素和开采技术因素来确定。危险性
指数分为地质因素评价的指数和开采技术因素评价的指数，综合两者来评价区域的冲击危险程度。Wt?max?Wt1,Wt2?（2-
1）Wt为某采掘工作面的冲击地压危险状态等级评定综合指数，以此可以确定冲击地压危险程度；Wt1为地质因素对冲击地压的影响程度及
冲击地压危险状态等级评定的指数，考虑开采深度等7项指标；Wt2为开采技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的
指数，考虑工作面距残采线或停采线的垂直距离等11项指标。Wt1?n1?Wii?11n?Wimaxi?1（2-2）Wt2
?n2?Wii?12n?Wimaxi?1（2-3）根据得出的冲击地压危险状态等级评定综合指数，可将冲击地压的危险程度定量分为四个
等级，分别为无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险、强冲击危险。表2-3地质因素影响的冲击地压危险指数评价表序号影响因素因素说明
因素分类评价指数1W1同一水平煤层冲击地压发生历史（次数/n）n=00n=112≤n＜32n≥332W2开采深度hh≤400m0
表2-4开采技术因素影响的冲击地压危险指数评估表序号影响因素因素说明因素分类评价指数400m＜h≤600m1600m＜h≤80
0m2h＞800m33W3上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离dd＞100m050m＜d≤100m120m＜d≤50m2d≤20
m34W4顶板岩层厚度特征参数LstLst＜50m050m＜Lst≤70m170m＜Lst≤90m2Lst>90m35W5开采
区域内构造应力集中程度/%?≤10%010%＜?≤20%120%＜?≤30%2?＞30%36W6煤的单轴抗压强度RcRc≤10M
Pa010MPa＜Rc≤14MPa114MPa＜Rc≤20MPa2Rc＞20MPa37W7煤的弹性能指数WETWET＜202≤W
ET＜3.513.5≤WET＜52WET≥53危险等级评价n1?WiWt1?i?1n1?Wimaxi?1Wt1≤0.25
无冲击0.25＜Wt1≤0.5弱冲击0.5＜Wt1≤0.75中等冲击Wt1＞0.75强冲击序号影响因素因素说明因素分类评估指数1W
1保护层的卸压程度好0中等1一般2很差32W2工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离hzhz≥60m030m≤hz＜60m10
m≤hz＜30m2hz＜0m（煤柱下方）33W3工作面与邻近采空区的关系实体煤工作面0一侧采空1两侧采空2序号影响因素因素说明因素
分类评估指数三侧及以上采空34W4工作面斜长LmLm＞300m0150m≤Lm＜300m1100m≤Lm＜150m2Lm＜100
m35W5区段煤柱宽度dd≤3m，或d≥50m03m＜d≤6m16m＜d≤10m210m＜d＜50m36W6留底煤厚度tdt
d=0m00m＜td≤1m11m＜td≤2m2td＞2m37W7向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离LjcLjc≥150m
0100m≤Ljc＜150m150m≤Ljc＜100m2＜50m38W8向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离LmcLmc≥
300m0200m≤Lmc＜300m1100m≤Lmc＜200m2Lmc＜100m39W9向落差大于3m的断层推进的工作面或巷
道，工作面或迎头与断层的距离LdLd≥100m050m≤Ld＜100m120m≤Ld＜50m2Ld＜20m310W10向煤层倾角
剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离LzLz≥50m020m≤Lz＜50m110m≤Lz＜20m2Lz
＜10m311W11向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离LbLb≥50m020m≤Lb＜50
m110m≤Lb＜20m2Lb＜10m3危险等级评估n2?WiWt2?i?1n2?Wimaxi?1Wt2≤0.25无冲击0
.25＜Wt2≤0.5弱冲击0.5＜Wt2≤0.75中等冲击Wt2＞0.75强冲击因素分类及指数调整每一种地质因素和开采技术因素对
应的冲击危险评定指数对最终的评价结论都将产生影响。研究表明，不同矿井的开采及地质因素对冲击地压发生的影响特征往往是不同的，例如有
的矿井在褶曲轴部50m内动力显现，而有的矿井在距离轴部200m时就已显现，这主要由构造自身的结构和力学特性差异导致。为使得
评价方法更具适应性和准确性，需根据矿井实际情况对指数评价表进行修正。分析发现，表2-4中关于褶曲和断层构造的因素分类与彬长矿区
实际条件差异较大，需根据现场情况加以修正。统计表明，胡家河矿井褶曲轴部以远200m处掘进作业仍具有显著的冲击地压显现，而断层的
影响可达150m。基于此，对表2-4中的W9和W10因素分类及评估指数进行调整，如表2-5所示。表2-5开采
技术条件因素影响的冲击地压危险指数评估表（调整因素）序号影响因素因素说明因素分类评估指数9W9向落差大于3m的断层推进的工作面
或巷道，工作面或迎头与断层的距离LdLd≥150m0100m≤Ld＜150m150m≤Ld＜100m2Ld＜50m310W10向
煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离LzLz≥200m0150m≤Lz＜200m1100m≤L
z＜150m2Lz＜100m3地质因素影响下冲击危险性评价本次仅针对各工作面掘进期间进行评价，由于掘进巷道对岩石顶板扰动微小（顶板
钻孔窥视结论亦表明），因此，在选取冲击地压影响因素时将W3、W4剔除。同一煤层冲击地压发生次数W1与孟村矿井毗邻的胡家河矿井
多次发生强烈冲击地压，因此，各工作面的评估指数均取最大值3。开采深度W2根据图2-1分析可得，中央大巷埋深约700～74
0m，评估指数取3。开采区域内构造应力集中程度W5根据地应力各测点测量结果，最大水平主应力?H量值上约为垂直主应力?V的
1.66～2.10倍，水平构造影响占绝对主导地位。限于巷道开拓范围有限，3个测点位于401盘区及中央大巷附近，该区域受X
1向斜、B2背斜及诸多断层构造影响，对构造应力集中的形成起到决定性作用。2014年7月19日及2015年8月
31日冲击显现均位于构造区域内。中央大巷掘进过程中，将依次受X1向斜、DF29断层、B2背斜构造影响，评估指数取3。
4煤上分层试样的单轴抗压强度平均值为19.37MPa，4煤下分层试样的单轴抗压强度平均值为26.88MPa，平均值为23
.13MPa，评估指数取3。（5）煤的弹性能指数W74煤上分层试样的弹性能量指数平均值为13.35，4煤下分层试样的弹性
能量指数平均值为19.35，平均值为16.35，评估指数取3。表2-6孟村矿井地质因素影响下中央大巷延伸段冲击地压危险指
数2.4.4开采因素影响下冲击危险性评价煤的单轴抗压强度W6因素编号影响因素指数最大值中央大巷延伸段实际条件评估指数W1同一煤
层冲击地压发生次数n3≥33W2开采深度h/m3700～7402W3顶板坚硬(Rc≥60MPa)岩层距煤层距离d/m3W4顶
板岩层厚度特征参数Lst3W5开采区域内构造应力集中程度/%3＞30%3W6煤的单轴抗压强度Rc/MPa323.133W7煤的
弹性能指数WET316.353冲击地压危险指数（Wt1=∑Wi/∑Wimax）∑Wimax=150.93等级判别强冲击本次仅针对
各工作面掘进期间进行评价，表2-4中的W4（工作面斜长）和W8（向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离）均为针对回采工作
面的因素，因此，在选取冲击地压影响因素时将W4、W8剔除。保护层的卸压程度W1开采区域内无保护层，评估指数均取3。工作面距
上保护层开采遗留的煤柱的水平距离W2开采区域内无上下保护层残留煤柱，将该距离视为无穷远，评估指数均取0。工作面与邻近采空区的关
系W3开采区域内无采空区，评估指数均取0。区段煤柱宽度W5开采区域内无区段煤柱，宽度可视为无穷大评估指数均取0。留底煤厚度
W6中央大巷均设计布置在煤层中部，巷道底煤较厚，均大于2m，评估指数均取3。向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离W7
中央大巷各巷道掘进过程中周围均无采空区，将该距离视为无穷远，评估指数均取0。向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或
迎头与断层的距离W9根据首采区三维地震勘探成果，中央大巷各巷道掘进过程中均可遇见落差大于3m的断层，各工作面评估指数均取3
。向煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离W10根据首采区三维地震勘探成果，中央大巷将穿越X1
向斜和B2背斜，评估指数均取3。向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离W11根据钻探成
果，中央大巷位于井田中部富煤区，煤层赋存相对稳定，评估指数均取0。表2-7孟村矿井开采因素影响下中央大巷延伸段冲击地压危险指
数因素编号影响因素指数最大值中央大巷掘进段实际条件评估指数W1保护层的卸压程度3无3W2工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离h
z3≥60m0W3工作面与邻近采空区的关系3实体煤工作面0W4工作面斜长Lm3W5区段煤柱宽度d3≥50m0W6留底煤厚度t
d3＞2m3W7向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离Ljc3≥150m0W8向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离L
mc3W9向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离Ld3＜50m3W10向煤层倾角剧烈变化的向斜或背
斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离Lz3＜100m3W11向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变
化部分的距离Lb3≥50m0冲击地压危险指数（Wt2=∑Wi/∑Wimax）∑Wimax=270.44等级判别弱冲击2.4.5
冲击危险性综合评价由表2-8可知，孟村矿井中央大巷延伸段具有强冲击危险性。危险指数表明，地质因素是中央大巷延伸段冲击危险性的主
要影响因素，而开采因素的影响程度相对较小。表2-8孟村矿井中央大巷掘进段冲击危险性综合预评价结果考察类别中央大巷延伸段地质因素
影响下冲击地压危险指数0.93开采因素影响下冲击地压危险指数0.44冲击地压危险性综合指数0.93冲击危险等级强冲击中央大巷延伸段
冲击危险性掘前精细化评价冲击危险性精细化评价方法冲击危险性综合评价是从宏观上把握整个工作面的冲击危险程度。事实上，整个工作面往往
受多种因素综合影响，而不同区域所涉及的影响因素和影响程度具有差异性，从而导致工作面各巷道不同区段的冲击危险程度具有差异性。冲击危险
性精细化评价是在综合评价的基础上，对巷道各区段进行的分区、分级评价，并指明各区段冲击地压发生的主要影响因素。获取了精细化评价成果
之后，就可以针对各区段冲击危险主要影响因素和程度采取相应的防治和监测措施，避免以往采取的全巷道、高投入、单一防治模式，可显著提高防
治工作的针对性、科学性和效率。进行冲击危险性精细化评价时，需解决两方面的问题：①危险程度的差异性划分，②等级指标的确定。危险程度的
差异性只有在冲击地压发生的局部影响因素作用下才能表现出来，如局部地质构造、煤厚剧变等，而同一煤层冲击倾向性、冲击发生历史等全局性影
响因素可导致所有地点冲击危险程度的变化。冲击危险性精细化评价方法的主要步骤包括：选择主要影响因素根据冲击危险综合指数法评价结果，选
出矿井范围内对工作面冲击地压发生具有影响的因素。为便于定量分析，区别出全局影响因素和局部影响因素，如表2-9所示。表2-9孟
村矿井冲击地压发生的主要影响因素全局影响因素局部影响因素①发生历史②冲击倾向性③留底煤厚度①开采深度②褶曲构造③断层构
造④煤厚剧烈变化⑤与邻近采空区的关系逐段定量化评价各因素影响程度针对各工作面各巷道逐段确定对应的影响因素，并将每一因素（含全局
影响因素和局部影响）的影响程度定量化表示，定量化标准参见综合指数法（表2-3、2-4及2-5）。将每一段对应的所有影响因素的
定量化结果累加，得到该段的冲击地压危险指数。确定危险等级临界值以矿井实际发生冲击区域为对象，按照步骤2计算该段巷道冲击地压危险
指数。如2014年7月19日，401101工作面措施巷发生冲击地压，该段冲击危险指数计算结果为12～15，而周边冲
击危险指数为11的区域并未发生，因此可将强冲击危险等级的临界值设定为12。表2-10孟村矿井“7.19”动力显现区危险指
数确定全局影响因素局部影响因素因素名称实际条件评估指数因素名称实际条件评估指数同煤层发生历史频繁发生3采掘深度约740m2冲击倾
向性强冲击3褶曲构造距X1向斜（155～290m）0～1留底煤厚度约10m3断层构造距断层（0～140m）1～3煤厚变化区不
明显0距采空区周围无采空区0按照等比例方式将12以下分为3个等级。最终冲击危险等级划分标准如表2-11所示。表2-11
冲击危险性精细化评价等级划分标准等级无弱中等强冲击危险指数α＜44≤α＜88≤α＜12α≥12（4）做出冲击危险性精细化评价图以
阶梯式多段线的形式划出各巷道冲击危险指数，并表明危险等级。根据该划分标准，强冲击危险等级区域与401101工作面措施巷“7.1
9”冲击地压发生区域危险程度类似。中央大巷延伸段精细化评价表2-12及图2-13为中央大巷冲击危险性精细化评价过程及结果。
由于各大巷距离较近，中央二号辅运大巷、中央带式输送机大巷危险区域参见图2-13中中央二号回风大巷危险区域分布；中央一号回风大巷
危险区域参见图2-13中中央一号辅助运输大巷危险区域分布。表2-12孟村矿井中央大巷冲击地压危险指数因素类型影响因素指数中
央大巷名称中央二号回风/中央二号辅运/中央带式输送中央一号回风/中央一号辅运实际条件评估指数实际条件评估指数全局因素同煤层发生历史
0～3≥33≥33冲击倾向性0～3强3强3留底煤厚度0～3＞2m3＞2m3局部因素采掘深度0～3约740m2约740m2距褶曲
构造0～3相交0～3相交0～3距断层构造0～3相交0～3相交0～3距煤厚变化区0～3相交0～3不明显0距采空区0～3无采空区0无采
空区0图2-13中央大巷冲击危险指数分布及等级划分本章小结全面分析了孟村矿井中央大巷开拓延伸段冲击地压发生的主要影响因素，在
此基础上对中央大巷延伸段冲击危险进行掘前预评价，并对其危险区域进行划分，主要结论如下：孟村矿井中央大巷延伸段冲击地压发生的主要影
响因素有：煤层冲击倾向性、开采深度、底煤厚度、褶曲构造、断层构造等。孟村矿井中央大巷延伸段将穿越X1向斜、B2背斜及DF2
9断层复合作用区，褶曲及断层对冲击地压发生的影响将可产生叠加作用，导致该区域掘进工作面冲击危险性的显著增加。结合孟村矿井实际条件
，采用调整后的综合指数法对孟村矿井中央大巷延伸段进行冲击危险性综合评价，得出中央大巷延伸段在掘进过程中总体具有强冲击危险性。采用精
细化评价方法对孟村矿井中央大巷延伸段进行冲击危险性分区、分级预评价，得出了主要中央大巷各区段的冲击危险指数及危险等级。强冲击危险等
级主要分布X1向斜、B2背斜及DF29断层影响范围，应加强该区域监测与防治工作。中央大巷现行的冲击地压防治技术措施及效果
冲击地压监测预警及防治技术体系根据冲击地压防治基本原则及相关规定，结合孟村矿井掘进工作面冲击地压特点及现有装备技术水平，制定了针对
孟村矿井掘进阶段的冲击地压监测预警及防治技术体系，如图3-1所示。本体系遵循如下原则：掘进前的巷道冲击危险性精细化预评价遵循分
区分级原则。掘进过程中的局部防冲遵循“监测预警→卸压解危→效果检验”原则。常规解危依据冲击危险性预评价结论，动态解危依据冲击地压监
测预警结论。掘进期间冲击危险监测预警无冲击危险弱冲击危险中等冲击危险强冲击危险加强监测否危险是否解除是效果检验再次执行强化解危措施
静态评价常规强卸压常规中等卸压强冲击危险中等冲击危险弱冲击危险无冲击危险巷道冲击危险区域及等级划分动态解危动态评价常规解危正常生产
效果检验分区分级局部强化卸压掘进期间监测预警分区分级常规卸压掘前预评价冲击地压监测预警及防治技术体系鉴于冲击地压发生历史及未掘区
段经冲击危险性预评价具有强冲击危险性的现状，孟村矿井逐步建立了适合自身条件的冲击地压监测及防治技术体系，在冲击危险性监测预警、局部
解危、强化支护、人员管理、制度建设等方面作了大量的工作。下达预警通知，执行对应强化解危措施立即停产，并执行对应强化解危措施图3-
1孟村矿井冲击地压监测预警及防治技术体系冲击地压监测预警微震监测在特定条件的波速场条件下进行三维定位，以判定破坏区域，同时利用震
相持续时间计算所释放的能量和震级，并标入采掘工程图和速报显示给生产指挥体系，以便及时采取应对措施。目前，孟村矿井引进了波兰SO
S微震监测系统，系统可以监测震动能量大于100J、频率范围在0～600Hz震动事件。根据监测范围的不同，系统可选用不同频率
范围的传感器。图3-2为系统结构图，图3-3为微震台网布置图。图3-2SOS微震监测系统探头微震监测是一种区域性监测
方法。微震系统自动记录微震活动，经人工分析实现震源定位、微震能量计算和防治措施评估，为评价全矿范围内的冲击地压危险提供依据。其原理
是利用检波测量探头接收的P波和S波信号首次到达时间，图3-3孟村矿井微震系统台网布置图（1）基于冲击危险指数的预警指标
利用SOS微震系统监测到的大量微震数据，孟村矿井不断摸索适合掘进工作面的冲击地压监测预警指标。图3-4为中央一号辅运大巷与
中央胶带大巷相互影响时期冲击危险指数曲线与大能量事件的对应关系。可见，大能量微震事件主要发生在冲击危险指数较高或增幅较快的时期。1
.61.4冲击危险指数1.210.80.60.49-49-28-318-298-278-258-238-218-198-178-1
58-138-118-98-78-58-38-17-307-287-260.2日期图3-4孟村矿井冲击危险指数曲线（2）基于
微震能量的冲击地压危险分级指标在某个矿井一定开采区域内，进行了一定时间的微震观测后，可根据观测的微震能量水平，并结合现场冲击显现情
况，对该矿冲击地压危险进行分级。微震监测法确定采掘工作面冲击危险状况，主要是根据矿震能量等级，指标包括：①震动能量的最大值Ema
x和大多数的震动能量值；②一定推进距释放的微震能量总和（∑E）。冲击危险的微震分级预警指标见表3-1所示。统计表明，当工作面
处于弱冲击危险等级时，采掘巷道一般不会发生冲击显现，而当工作面处于中等及以上危险等级时，若巷道支护效果不佳，则有可能发生强矿震诱发
冲击的情形，但总体而言比例较低。表3-1孟村矿井基于微震能量的冲击危险分级方法危险状态回采工作面掘进巷道A无危险1.一般：1
02～103J，最大Emax<5×103J2.∑E<105J/每5m推进度1.一般：102～103J，最大Emax<
5×103J2.∑E<5×103J/每5m推进度B弱危险1.一般：102～105J，最大Emax<1×105J2.
∑E<106J/每5m推进度1.一般：102～104J，最大Emax<5×104J2.∑E<5×104J/每5m推
进度危险状态回采工作面掘进巷道C中等危险1.一般：102～106J，最大Emax<1×106J2.∑E<107J/每5m
推进度1.一般：102～105J，最大Emax<5×105J2.∑E<5×105J/每5m推进度D强危险1.一般：
102～108J，最大Emax>1×106J2.∑E>107J/每5m推进度1.一般：102～105J，最大Emax
>5×105J2.∑E>5×105J/每5m推进度钻屑法检测在被认定为冲击地压危险区域或已发现有冲击地压现象的地点，要求进
行钻屑法检测。检测孔要求：①检测孔孔口距底板1～1.5m，垂直巷帮（或迎头煤壁）布置。②掘进工作面迎头每天施工一个检测孔，滞后迎
头50至60m的位置施工一个检测孔。③检测孔孔深10m。检测方法：①取粉及记录钻孔过程中，用专业口袋收集煤粉，用弹簧秤测
量煤粉重量，第一米钻屑舍去，从第二米开始记录出屑量，每钻进1根钻杆测量一次，并记录于专用表格，记录结果精确至小数点后两位。②
动力现象及现场情况记录钻孔过程中，需详细记录动力现象的类型及其对应的钻孔深度，同时对钻孔地点巷道表面变形情况进行简要描述。检测孔煤
粉量与已标定标准煤粉量进行对比，进行解危效果检验。根据各种检测、效果检验情况对冲击地压危险区域解危效果进行评价。冲击地压解危常规解
危技术方案根据孟村矿井冲击地压监测预警及防治技术体系，经掘前预评价具有中等及以上冲击地压危险等级的区域，在掘进过程中均需采取常规卸
压措施，严格执行“有掘必卸、不卸不掘”的指导方针。强冲击危险区域常规解危措施（一）掘进迎头钻孔卸压1）钻孔参数掘进迎头钻孔卸压方案
如表3-2及图3-5所示。采用正“三花”布置，下部两孔距离巷帮各1.4m，上部孔位于巷道中线上，距离底板1.8～2.2
m。掘进施工至卸压孔长度小于15m之前，及时补打下一轮钻孔。表3-2中央大巷掘进迎头卸压钻孔参数（常规）参数数量长度/m倾
角/°方位角/°孔径/mm布置方式取值3800270133“三花”2）施工说明图3-5中央大巷迎头卸压钻孔布置（常规）①钻孔均
匀布置是以煤层发育均匀为前提，而实际上煤层结构发育，同一断面内不同位置煤体的强度也不尽相同，炸帮、片帮等常表现出局部化。该情形下，
适当调整孔口位置加以兼顾。②上部孔主要对上部煤体进行卸压，因此施工高度不宜过低。但高度过大时，钻机稳定性较差，且操作较为困难。
鉴于此，孔高可在1.8～2.2m之间进行调整。③钻进过程中应记录动力效应，如孔内声响及卡转次数、每米钻进时间等，干式钻孔时应
记录每米煤粉量，以便于分析钻孔处煤层应力集中情况。记录表见附表一。④在实际施工时，若局部地段巷道成型较差，抽冒严重，实际巷高远大于
设计巷高时，将剩余施工迎头孔距离增大至20m。（二）巷道两帮钻孔卸压钻孔参数如表3-3所示。图3-6中央大巷两帮卸压钻孔
布置（常规）（三）底板钻孔卸压1）钻孔参数综合考虑卸压效果和现场操作方便，巷道底煤厚度超过10m（含10m）的区域，钻孔长
10m；底煤厚度小于10m的区域，钻孔施工至距离煤层底板2m为止（防止底板铝土岩遇水膨胀）。具体参数如表3-4及图3
-7所示。表3-4中央大巷底板卸压钻孔参数表3-3中央大巷两帮卸压钻孔参数参数间距长度/m角度/°孔径/mm布置方式距底
板/m封孔长度/m取值1.414垂直巷帮倾角0°133单排1.2～1.53.0参数倾角/°方位角/°长度/m孔径/mm孔口间距/
m取值60°270101331.42）施工说明图3-7中央大巷底板卸压钻孔布置（常规）①底板卸压钻孔开口位置原则上布置在巷道横
向中央，具体可根据皮带机位置进行适当调整。②现场实践表明，底板钻孔施工后不久即可被浅部破碎煤体封堵，因此，可暂试行不封孔。中等冲击
危险区域常规解危措施中等冲击危险区域常规卸压技术方案制定原则和方法与强冲击危险区域基本一致，仅在具体参数上略有调整。结合孟村矿井
2014年实施的钻孔卸压效果及胡家河矿井实施效果分析，在强冲击危险区域常规卸压技术方案的基础上加以调整：掘进迎头卸压与强冲击危险
区域常规卸压技术参数一致。巷道两帮钻孔卸压孔间距由1.4m调整为2.1m，其它与强冲击危险区域常规卸压技术参数一致。底板钻孔
卸压孔间距由1.4m调整为2.1m，其它与强冲击危险区域常规卸压技术参数一致。预警区域强化解危措施强冲击危险预警局部强化解危
措施（1）下达停工通知，暂停掘进，撤出作业人员。在掘进迎头50m范围内，将巷道两帮及底板卸压孔补齐至掘进迎头，间距0.7m
。迎头孔采用“上二下三”的五孔布置方式，下部边孔距离巷帮1m，下部中孔位于巷道中心线上。上部孔距离底板1.8～2.2m，对
称布置，距离中心线1m。掘进施工至卸压孔长度小于15m之前，及时补打下一轮钻孔。表3-5迎头卸压钻孔参数（强化）参数数量长
度/m倾角/°方位角/°孔径/mm布置方式取值5800270133“上二下三”图3-8掘进迎头卸压钻孔布置（强化）（2）解危措
施实施完毕后，利用钻屑法检测：若检测结果达标，则恢复掘进。若检测结果未达标，需在掘进迎头50m范围内已强化解危的基础上，结合
现场情况制定针对性防治措施。解危措施实施完毕后，再次利用钻屑法检测，直至检测结果达标为止。中等冲击危险预警局部强化解危措施下达预警
通知，将巷道两帮及底板卸压孔按照防治方案补齐至掘进迎头，迎头卸压孔执行“上二下三”的五孔布置方式。解危措施实施完毕后，利用钻屑法检
测：若检测结果达标，则恢复掘进。若检测结果未达标，需在掘进迎头50m范围内，将巷道两帮及底板卸压孔按间距0.7m补齐。解危
措施实施完毕后，再次利用钻屑法检测，直至检测结果达标为止。冲击地压危险巷道强化支护早期支护在未发生冲击地压及冲击地压显现强度较低时
，中央大巷支护设计为：锚杆规格为φ20×2300mmⅡ级螺纹钢锚杆，间排距800×800mm，每根锚杆配1支K2335
锚固剂和2支Z2335型锚固剂共3支锚固。锚杆托盘采用Q235钢，规格150×150×8mm。（3）网片采用
φ6mm的Q235钢筋，网格100×100mm，网幅800×1500mm，搭接长度100mm，使用双股16#铁
丝隔孔绑扎。（4）锚索采用φ15.24×7100mm低松弛钢绞线，间排距1800×2800mm，单、双根锚索交替菱形布置，
每根锚索使用1支K2335型锚固剂及2支Z2335型锚固剂共3支锚固。锚索托盘采用长350mm的16#槽
钢加工而成。喷射混凝土厚度为120mm，强度等级为C25，喷射混凝土需添加BR-3型防水剂，加入量为水泥用量的6～8％，抗
渗等级S8。强化支护随着孟村矿井各掘进工作面出现不同程度的动力显现，中央大巷均改为如下强化支护设计：锚杆：全断面采用规格为Φ22
×2500mm的左旋无纵肋螺纹锚杆，间排距为700mm×700mm，矩形布置，每排19根。每根锚杆配用1支MSK23
35和3支MSZ2335树脂锚固剂锚固。锚杆托盘规格：木托板规格400×250×50mm；钢托板规格为150mm×1
50mm×10mm的Q235钢板。金属网：由Φ6mm的Q235钢筋焊制，网片规格：1500mm×800mm，网格：10
0×100mm，采用16#双股铁丝联接，绑扎间距200mm。网片联接方式为搭接，搭接长度100mm。（3）锚索：规格为Φ21.
8×7100mm钢绞线（119股-1860级），布置形式为“五五”型，间排距为1200×1400mm。每根锚索配用2
支MSK2335与4支MSZ2335树脂药卷。锚索托板采用Q235碟形钢板，托板规格：300×300×16mm，配套
导向阀。（4）喷砼支护：喷射砼强度等级为C25，喷厚120mm。使用水泥P.C42.5R普通硅酸盐水泥，砂为纯净的中粗河砂
，石子为粒径5～10mm的碎石。配合比严格按实验室数据执行，速凝剂掺入量一般为水泥重量的3～5%，需添加BR-2型防水剂
，加入量为水泥用量的8～10%，抗渗等级P8。冲击危险区人员及物料管理严禁在管路下、物料旁、顶板破碎区域休息或逗留；交接班制度
：所有人员一律在无冲击地压区域内交接班；落实设备、管路、材料的摆放和固定，要求大型设备、配件必须固定，小型工具配件必须集中装箱；对
锚索锁具进行保护，采用500mm长10#铁丝在锁具下方钢绞线位置缠绕至少4圈，然后固定到钢筋网上，防止锁具退锚后掉落下来
伤人；拆卸及无用的物料必须及时装车外运，不能及时外运的物料及设备必须用钢丝绳捆绑进行固定。中央大巷冲击地压防治效果截至2015
年9月25日，孟村各中央大巷已累进尺约6500m，在此期间仅在DF29断层附近发生过一次轻微冲击地压。可见，采取的冲击
地压监测预警、解危、支护及管理等措施有效降低了中央大巷冲击地压发生强度和频度。小结孟村矿井逐步建立了适合自身条件的冲击地压监测及防
治技术体系，在冲击危险性监测预警、局部解危、强化支护、人员管理、制度建设等方面作了大量的工作，对降低中央大巷冲击地压发生强度和频度
起到积极作用。考虑防治效果的中央大巷未掘段掘进期间冲击危险性类比评价截至2015年9月，5条中央大巷均越过X1向斜
轴部，其中中央胶带大巷总进尺最大，已越过DF29断层，中央胶带大巷亦处于DF29断层影响区。同时，401101工作面各顺
槽均越过B2背斜轴部，具体位置如图4-1所示。由前文第二章冲击危险性评价结论可知，中央大巷向西延伸过程中，DF29断层、
B2背斜、DF27断层成为冲击地压危险性的关键影响因素。为充分把握这些关键影响因素作用范围内掘进过程中可能的冲击危险性，利用
401101工作面顺槽穿越B2背斜轴部时的冲击危险性类比分析该构造对中央大巷的影响。利用中央胶带大巷和中央一号辅运大巷穿越D
F29断层时的冲击危险性类比分析该断层构造对其它中央大巷的影响。图4-1中央大巷及401101各顺槽迎头位置（2015
年9月）B2背斜影响区掘进期间微震活动规律及冲击危险性中央大巷B2影响区B2影响分析区域401101工作面运输巷与中央
大巷较近，在巷道埋深、底煤厚度、煤层冲击倾向性等冲击危险性影响因素方面基本一致，因此选取该巷道穿越B2背斜轴部时的冲击危险性进
行类比，如图4-2所示。图4-2B2背斜对中央大巷及401101工作面顺槽的影响区域示意图2015年5月10
日至7月10日，401101工作面运输保持在4～7m/d的日进尺，该时期内掘进工作面在B2背斜轴部两翼共28
5m范围内活动。图4-3为该时期全矿微震事件平面分布图。401101措施巷掘进影响区F1断层影响区401101运输巷掘
进影响区中央一号辅运大巷掘进影响区图4-3孟村全矿微震事件平面分布图由于中央大巷断面大于各顺槽断面，导致大巷掘进引起的微震活动
性显著强于顺槽掘进。该矿以往统计表明，相似地质条件下大巷掘进日震动总能量及最大能量约为运输顺槽掘进时期的2～4倍（此处取平均值
3倍）。基于此，在B2背斜影响范围内胶带顺槽掘进作业期间震动能量基础上等效得出大巷掘进作业期间震动能量，如图4-4所示
。B2背斜影响区掘进期间微震活动规律及冲击危险性规律如下：B2背斜对掘进巷道微震活动具有一定影响，尤其在穿越其轴部时微震活动性
增强，震动能量增加。根据等效得出的中央大巷掘进作业期间震动能量，B2背斜影响区掘进期间，连续统计的62天当中，预计有53
天（占比85%）单日震动总能量小于5×104J，即绝大多数时期处于弱冲击危险等级以下。根据等效得出的中央大巷掘进作业震动能量，
B2背斜影响区掘进期间，仍存在9天（占比15%）的单日震动总能量大于5×104J，但最大不超过2.78×105J，即处
于中等冲击危险等级。6.0E+05大巷等效日最大能量中等冲击危险大巷等效日总能量强冲击危险5.0E+054.0E+053.0E+0
52.0E+051.0E+050.0E+00日期图4-4中央大巷等效日最大能量及日震动总能量随时间变化4.2DF29断层影
响区掘进期间微震活动规律及冲击危险性如图4-5所示，中央胶带大巷和中央一号辅运大巷为开拓进度最大的两条巷道，2015年7月
～9月，两条巷道均在DF29断层附近掘进，期间单巷日进尺4-6m/d。截至9月25日，中央胶带大巷已穿越断层面254
m，中央一号辅运大巷刚揭露断层面。由于两条巷道距离较近，难以精确划分各巷道掘进独立影响下的微震事件范围，因此将2条大巷影响范
围内的日震动能量一起统计，得出日最大能量和总能量，然后取总能量的1/2作为单巷日震动总能量，统计结果如图4-6所示。图4
-5DF29断层对中央大巷影响区域示意图中央大巷DF29断层影响区微震能量/J5-105-155-205-255-306-4
6-96-146-196-246-297-47-9中等冲击危险强冲击危险日最大能量单巷日总能量5.5E+055.0E+054.5E
+054.0E+05微震能量3.5E+053.0E+052.5E+052.0E+051.5E+051.0E+055.0E+040.
0E+00“8.31”轻微冲击7-17-87-157-227-298-58-128-198-269-29-
99-169-23日期图4-6DF29影响区掘进期间日最大能量及单巷日震动总能量随时间变化DF29断层影响区掘进期间
微震活动规律及冲击危险性规律如下：DF29断层对中央大巷掘进微震活动规律影响显著，在各大巷穿越其断层面前后时微震活动性增强，日震
动能量大幅增加，冲击危险性较周边区域显著增加。DF29断层影响区掘进期间，连续统计的87天当中，有70天（占比81%）单
日震动总能量小于5×104J，即绝大多数时期处于弱冲击危险等级以下。仍存在17天（占比19%）的单日震动总能量大于5×1
04J，但最大不超过4.31×105J，即处于中等冲击危险等级。（4）8月12日至8月31日，微震能量持续增加，主
要由于两条同时掘进巷道均位于断层影响区，且错距不断缩小，相互扰动剧烈。（5）8月31日，中央一号辅运大巷发生轻微冲击地压，主
要导致煤柱帮鼓起约500mm。该次冲击的力源主要为断层附近的构造应力及掘进工作面相互扰动所致。考虑防治效果的中央大巷未掘段冲击危
险性类比评价截至评价项目开展，中央大巷各迎头距离403盘区大巷开口处约1400m，如图4-7所示。根据第二章中预评价结论
，中央大巷未掘段冲击地压影响因素主要包括埋深、发生历史、冲击倾向性、底煤厚度、断层、褶曲等，其中前4项为全局影响因素，后2
项为局部影响因素。与其它已掘区域相比，未掘段的全局影响因素差别较小，因此仅需研究未掘段局部影响因素作用下的冲击危险性，主要包括B
2背斜、DF29断层及DF27断层，其中DF29已探明，而DF27为不可靠断层。由于以上局部影响因素作用范围内曾掘
进其它巷道，且位置相近，其它条件基本一致，因此，可根据该类巷道掘进过程中的冲击危险性对未掘段进行类比评价，类比对象如表4-1所
示。区段编号中央大巷未掘段内评价区段影响范围占比类比对象类比对象掘进期间冲击危险等级及显现情况ADF29断层影响区（约35
0m）25%DF29影响区内已掘区域81%的时期内处于弱冲击危险等级以下，19%的时期处于中等冲击危险等级，发生1次轻微冲
击显现。BB2背斜影响区（约950m）68%401101工作面运输顺槽B2背斜影响区85%的时期内处于弱冲击危险等级以下
，15%的时期处于中等冲击危险等级，未发生冲击显现。CDF27断层影响区（约100m）7%DF29影响区内已掘区域81%的时
期内处于弱冲击危险等级以下，19%的时期处于中等冲击危险等级，发生1次轻微冲击显现。CBA图4-7中央大巷未掘段冲击危险
性评价类比对象分布图表4-1中央大巷未掘段冲击危险性评价类比过程由表4-1可知，虽然中央大巷延伸段冲击危险性预评价等级较高
，但在已掘段及类似条件下的掘进巷道在施工过程中，通过加强冲击地压监测、解危及支护措施，有效的降低了实际掘进过程中的冲击危险性，使得
类比区域掘进巷道总体处于弱冲击危险等级以下，仅有少数时期或区段存在中等冲击危险。综上，根据中央大巷未掘段冲击危险性预评价结果，选取
临近区域影响因素相同或相似的掘进巷道进行类别分析，结果表明类比区域掘进期间总体处于弱冲击危险等级，局部区段存在中等冲击危险，且影响
范围最大（占比68%）的B2背斜附近掘进作业并未发生冲击显现，仅在影响范围相对较小的DF29断层附近有1次轻微显现。
由此得出，在完善的冲击地压防治措施得到充分落实的前提下，中央大巷未掘段在掘进期间的冲击危险等级总体为弱，局部为中等。本章小结B2
背斜对掘进巷道微震活动具有一定影响，掘进至其轴部时微震活动性增强，震动能量增加。通过类比401101工作面胶带顺槽在B2
背斜影响区掘进过程中微震活动，预计中央大巷掘进至B2背斜影响区时，约85%的时期处于弱冲击危险等级以下，约15%的时期处于
中等冲击危险等级。DF29断层对中央大巷掘进微震活动规律影响显著，在各大巷穿越其断层面前后时微震活动性增强，日震动能量大幅增加，
冲击危险性较周边区域显著增加。DF29断层影响区掘进过程中，预计81%的时期内处于弱冲击危险等级以下，19%的时期处于中等冲击
危险等级。根据中央大巷冲击危险性掘前预评价结果，选取临近区域影响因素相同或相似的掘进巷道对中央大巷未掘段进行类别分析，采用微震能量
法定量评价掘进过程中的实际冲击危险性。结果表明，在采取了一系列冲击地压监测、解危及强化支护措施后，类比区域掘进期间总体处于弱冲击危
险等级，局部区段存在中等冲击危险，且影响范围最大（占比68%）的B2背斜附近掘进作业并未发生冲击显现，仅在影响范围相对较小的
DF29断层附近有1次轻微显现。由此得出，在完善的冲击地压防治措施得到充分落实的前提下，中央大巷未掘段在掘进期间的冲击危
险等级总体为弱，局部为中等。使用期间中央大巷稳定性影响分析中央大巷两翼采掘设计图6-1孟村矿井中央大巷延伸段周边回采工作面设计
临近区域的回采作业可能引起中央大巷围岩应力重新分布，进而影响其稳定性，甚至导致冲击危险性的增加。中央大巷为矿井的生命线，因此有必要
掌握大巷在回采期间的稳定性。5.2相邻矿井已回采工作面对中央大巷影响孟村矿井暂无回采工作面，无法从自身实测角度了解孟村矿井回采工
作面的401101工作面中央大巷如图5-1所示，孟村矿井首采工作面（401101回采工作面）设计布置在401盘区，401
盘区内工作面由南向北依次布置。由于地面村庄搬迁问题，402盘区计划暂不回采。403盘区首采工作面（403101回采工作面）
东西向布置。影响特征，但相邻胡家河矿井与孟村矿井地质及开采条件基本一致，因此可过胡家河矿井已回采工作面监测数据对孟村矿井进行类比分
析。胡家河矿井401102工作面于2015年7月回采完毕。利用ARAMISM/E微震监测系统实时监测了工作面回采
期间微震活动情况。图6-2为2015年4～7月之间，401102工作面微震事件平面投影图。可见，2015年3月
，工作面前方的微震活动基本未影响中央大巷。4～5月，中央大巷虽有少量微震事件分布，但平均频次不足1次/d，表明影响程度很低
。现了局部底臌及浆皮脱落现象，但未发生冲击显现。月份微震事件开始明显增多，表明工作面回采对中央大巷开始初步影响。7月份微震事件进
一步增多，且分布有105J以上的事件，表明回采末期对中央大巷影响较大，同时现场观测发现，中央一号回风大巷及中央一号辅助运输大巷
均出（a）3月份（b）4月份（c）5月份（d）6月份（e）7月份图6-2401102工作面回采末期微震事件平面投影
图（2015年）大量研究表明，煤岩体破裂发生在应力差大的区域，因此，煤岩体破裂区总是与高应力差相重合，并与高应力集中区域相接近，
由此可见，只要监测到煤岩破裂区域，即可找到高应力区域和高应力差区域。每一次煤岩体破裂都会产生一次微震事件和声波，而震动能量，频次等
又反映了煤岩体受力破坏程度，微震事件能量越高，震动越频繁则煤岩体应力集中程度越大，破坏越严重。因此，可通过微震监测开采过程中微震事
件能量、频次及发生位置等参数来分析开采导致区域应力场的分布特征。为了研究工作面前方超前支承压力的分布特征，采用固定工作面的方法，即
假定工作面的位置是固定不动的，根据定位结果及工作面推进度，可以计算出每个微震事件相对于固定工作面的相对坐标。如图所示，假设第i
天第j个微震事件Pij的定位坐标为(x,y,z)，且第1天至第i天工作面的推进距离为Li，则，选取第1
天作为固定工作面，可求的该微震事件的相对坐标(X,Y,Z)。X=x-Licosαcosβ；Y=y-Licosα
sinβ；Z=z-Litanα式中，α为工作面推进角度，β为工作面推进方向在水平面上的投影与x轴的夹角。对于胡家河矿井
来说，工作面走向方向可以认为是近似水平的，即α=0，则：X=x-Licosβ；Y=y-Lisinβ；Z=z图6-3
微震事件的绝对位置和相对位置关系以401102工作面为例，通过固定工作面，将微震事件平面分布按照上述方法进行修正，步长取10
m，得到每个月工作面前方微震事件分布情况，如图6-4-a所示，然后并将同一步长内各月份微震能量取平均值，并将其进行拟合，如图6
-4-b所示。可见，不同时期内回采工作面前方微震能量分布并不完全一致，通过计算平均值可发现，微震事件主要分布在工作面后方20m
至前方180m处，峰值位于前方70m处。能量/J能量/J2.0E+061.8E+061.6E+061.4E+061.2E
+061.0E+068.0E+056.0E+054.0E+052.0E+050.0E+003月份4月份5月份6月份7月份-2002
0406080100120140160180200至工作面的距离/m220240260（a）各月份工作面前方微震能量
分布（b）工作面前方微震能量分布平均值图6-4胡家河矿井401102工作面前方微震能量分布（“0”为工作面位置，正值代表工
作面前方）5.3中央大巷合理保护煤柱宽度的数值模拟分析根据孟村矿井地质资料，中央大巷附近4煤均厚26m，设计采用分层放顶煤
开采，按照最大采厚13.5m计算。岩层厚度根据柱状图计算平均值。孟村矿井中央大巷附近区域4煤层埋深约为700～740m，
取中央大巷煤层平均埋深720m。等效载荷按下式计算：p??H?g1.2E+061.0E+068.0E+056.0E+054
.0E+052.0E+050.0E+00-40-20020406080100120140160180200220
240260280至工作面的距离/m其中，H为煤层上方未模拟煤层的厚度，单位为m；?为相应的煤岩层密度，取平均25
00，单位为kg/m3；g为重力加速度，取9.81，单位为m/s2。（a）计算模型平面图（b）计算模型剖面图模型示意图及其
网格划分如图6-5所示。（c）网格划分图6-5数值模拟计算模型及网格划分模型中4个立面和底面均固定法向位移。煤岩层物
理力学参数按试验室测定数据给定。图6-6给出了大巷保护煤柱宽度为150m、180m、200m时，工作面面采动应力影响。（a
）150m保护煤柱（b）180m保护煤柱中央二号回风大巷中央大巷工作面中央二号回风大巷中央大巷工作面中央大巷中央二号回风大巷工
作面回采对各大巷围岩及巷间煤柱垂直应力分布影响。可见，随着保护煤柱宽度变化，中央大巷的应力环境也在发生变化。当保护煤柱宽度为1
50m时，距离工作面最近的的中央二号回风大巷处于回采工作面侧向的增压带中，导致该巷道帮部垂直应力增大约8%；当保护煤柱宽度为
180m时，中央二号回风大巷帮部垂直应力增大约3%；当保护煤柱宽度为200m时，中央二号回风大巷基本不受回采工作（c）20
0m保护煤柱图6-6不同宽度中央大巷保护煤柱附近区域垂直应力分布云图综上所述，中央大巷保护煤柱宽度对大巷所处的应力环境影响显
著。微震监测及数值模拟研究表明，在设计开采厚度条件下，采动应力主要影响范围约180m。当大巷保护煤柱小于180m时，受采动
应力影响，距离工作面较近的中央大巷变形量将会增大。综合分析工作面回采对中央大巷变形及冲击危险性的影响，建议将中央大巷保护煤柱宽度设
置为180m以上，并根据回采期间大巷稳定性控制放煤量，以削弱采动对大巷的影响。5.4本章小结（1）临近胡家河矿井40110
2工作面回采过程中微震事件统计分析发现，不同时期内回采工作面前方微震能量分布并不完全一致。微震事件主要分布在工作面后方20m
至前方180m处，峰值位于前方70m处。（2）综合分析工作面回采对中央大巷变形及冲击危险性的影响，建议中央大巷保护煤柱宽度
不低于180m，并根据回采期间大巷稳定性情况控制放煤量，以削弱采动对大巷的影响。中央大巷掘进及使用期间冲击地压防治补充措施中央
大巷掘进期间冲击地压防治补充措施加强中央大巷延伸段DF29断层影响区内掘进期间冲击地压防治措施根据掘进计划，自2015年
9月，各中央大巷将依次掘进至DF29断层影响区，受构造应力影响，该区域掘进过程中的冲击危险性将有所增加，局部危险等级较高。该时期内，应根据冲击地压危险情况，必要时及时采取强化解危措施，具体包括：①增加迎头卸压孔数量；②缩小帮部及底板卸压孔滞后迎头距离，尽量紧跟迎头；③在现有基础上缩小帮部及底板卸压孔孔间距；④若以上加强措施若仍不能有效降低冲击危险性，采取爆破卸压、高压注水卸压等方式。⑤完善支护设计，添加帮部锚索。具体参数及实施细则应根据现场实际情况科学制定。针对中央大巷各掘进工作面，严格执行24小时全天候监测预警制度基于现有地质资料及已掘巷道掘进过程中实际冲击危险类比分析，预计中央大巷延伸段掘进过程中，在采取现有各项防治措施后，总体上具有弱冲击危险性，但局部仍存在中等冲击危险区，尤其DF29断层影响区。但冲击地压发生机理极为复杂，影响因素多样，现场实际掘进过程中可能遇到未预见的地质异常，出现难以预料的诱冲因素，导致实际掘进过程中的冲击危险性和掘进前的评价结论可能不完全相符。因此，即使在弱冲击危险区域内仍应实施监测预警工作，及时把握冲击危险性演化动态。当前中央大巷掘进工作面数量较多，且相对集中作业，应将该区域单独列为冲击地压监测预警区，每日24小时进行冲击地压监测预警。严格控制各掘进工作面错距采掘工作面相互扰动可导致冲击危险性显著增大，尤其在冲击地压矿井，动态应力波传播距离更远，影响范围更大。即将颁布的《煤矿安全规程》亦规定，冲击地压矿井掘进工作面间距不得小于150m。为避免中央大巷掘进工作面错距过小而增大冲击危险，应将各掘进工作面错距严格控制在150m以上，如有条件可增大至200m。中央大巷使用期间冲击地压防治补充措施加强回采过程中中央大巷稳定性监测中央大巷工作面回采过程中，采动应力可能对中央大巷稳定性产生影响，影响程度与大巷围岩强度及支护质量密切相关，应加强相关监测，具体包括：①在距离回采工作面较近的1～2条中央大巷内布置煤层应力监测装置，实时监测采动应力的影响范围和影响程度。②距离中央大巷最近的工作面开始回采时，应将对应区域的中央大巷视为重点监测对象，每日分析该区域内微震活动情况，进而把握冲击危险性。采取以上措施后，若在工作面回采过程中发现监测区域内微震活动活跃，应力持续升高，应立即结合冲击地压监测预警指标对中央大巷进行冲击危险性分析，并采取相应措施。回采期间若大巷出现矿压异常，及时限制大巷侧放煤量受地质构造及局部煤岩层赋存条件变化影响，回采期间中央大巷围岩强度偏低区域变形量可能不同程度增加。对于东西向布置回采工作面，应根据变形程度适当限制中央大巷侧部分支架上方的放煤量。本章小结根据中央大巷冲击危险性评价结果及矿井采掘设计与接续安排情况，制定了孟村矿井中央大巷掘进及使用期间的冲击地压防治补充措施。掘进期间补充措施包括：加强DF29断层影响区掘进期间冲击地压防治措施，针对中央大巷严格执行24小时全天候监测预警制度，严格控制各掘进工作面错距等。使用期间补充措施包括：加强回采过程中中央大巷微震及应力监测，矿压异常时期限制放煤量等。主要结论本项目通过理论分析、数值模拟、工程类比分析等手段，对孟村矿井中央大巷延伸段冲击地压危险性进行预评价，主要结论如下：孟村矿井中央大巷延伸段冲击地压发生的主要影响因素有：煤层冲击倾向性、开采深度、底煤厚度、褶曲构造、断层构造等，延伸段将穿越X1向斜、B2背斜及DF29断层复合作用区，褶曲及断层对冲击地压发生的影响将可产生叠加作用，导致该区域掘进工作面冲击危险性显著增加。结合孟村矿井实际条件，采用调整后的综合指数法对孟村矿井中央大巷延伸段进行冲击危险性综合评价，得出中央大巷延伸段在掘进过程中总体具有强冲击危险性。采用精细化评价方法对孟村矿井中央大巷延伸段进行冲击危险性分区、分级预评价，得出了主要中央大巷各区段的冲击危险指数及危险等级。强冲击危险等级主要分布X1向斜、B2背斜及DF29断层影响范围。孟村矿井逐步建立了适合自身条件的冲击地压监测及防治技术体系，在冲击危险性监测预警、局部解危、强化支护、人员管理、制度建设等方面作了大量的工作，对降低中央大巷冲击地压发生强度和频度起到积极作用。根据中央大巷冲击危险性掘前预评价结果，选取临近区域影响因素相同或相似的掘进巷道对中央大巷未掘段进行类别分析，采用微震能量法定量评价掘进过程中的实际冲击危险性。在完善的冲击地压防治措施得到充分落实的前提下，中央大巷未掘段在掘进期间的冲击危险等级总体为弱，局部为中等。通过类比临近的胡家河矿井回采工作面相关情况，并结合数值模拟分析结论，从控制回采期间中央大巷变形及冲击地压防范角度，建议中央大巷保护煤柱宽度不低于180m。根据中央大巷冲击危险性评价结果及矿井采掘设计与接续安排情况，制定了孟村矿井中央大巷掘进及使用期间的冲击地压防治补充措施。本报告针对孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价，立足于现有地质资料及矿井历次动力显现案例。在实际掘进过程中受实际条件变化、掘进速度、巷道扩修、停复产、爆破作业等作业因素影响，实际冲击危险程度会有所变化，因此，建议依据实际掘进过程中的实时监测预警结果及时调整应对措施，确保安全生产。孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价孟村矿井中央大巷延伸段冲击危险性预评价312927101 |
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