興隆莊煤礦B4322邊角煤工作面沖擊礦壓綜合防治技術研究

苗磊剛,常萬眾

（1.江蘇建筑職業技術學院,江蘇 徐州 221116；2.兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦,山東 兗州 272100）

0 引言

邊角煤工作面在大小、形狀、巷道布置及生產系統方面與一般工作面不同，由于邊角煤工作面大部分是一般工作面設計時考慮斷層等地質因素而不易開采的遺留部分，故邊角煤工作面通常距離斷層等復雜地質構造區較近，加之工作面尺寸較小，煤柱效應明顯，邊角煤區域應力集中程度往往較高，因此，邊角煤工作面較一般工作面而言，巷道圍巖穩定性較差，沖擊礦壓事故發生的可能性也較大。

1 B4322工作面基本情況

該工作面地面位于工業廣場以西、護駕營村西南方向。在工作面地面上方為農田，回采后將引起地面沉降。B4322工作面位于B4320南部（已回采），西部為4322綜放工作面（已回采），東靠護駕營村莊保護煤柱，設計停采線與B4320綜放工作面停采線平齊。開采-350水平，地面標高+45.5～+47.8，平均+46.6m，工作面標高-293～-352m，埋藏深度為338.5～399.8m。煤層傾角0～14°,平均6.5°。煤層結構復雜，在距頂板2.8～3.0m發育一厚0.03m左右泥巖夾矸。煤層厚度一般在10.3～6.7m，平均8.78m，普氏硬度f=2.3。其中工作面具體布置情況如下圖1所示。

圖1 B4322工作面布置圖

2 B4322工作面圍巖應力分布及演化規律模擬研究

2.1 B4322工作面模型的建立

根據B4322工作面的綜合地質柱狀圖及該工作面布置平面圖，用FLAC3D數值模擬軟件，建立了該工作面回采的FLAC3D模型[2]。根據綜放工作面具體情況建的模型圖如下圖2所示，其中共創建了17652個單元、205979個網格節點。

圖2 B4222工作面FLAC3D建模模型

B4322模型傾斜長度為650m，寬度為352m，模型高度為106.4m，整個模型的垂直深度為480m，模型頂部上覆巖層的重量為12MPa，模型的前、后、左、右、底各面均采用固支方式。

2.2 圍巖應力分布及演化規律研究

本次主要是模擬B4322工作面受B4320采空區及左側采空區影響的應力分布規律 ，以確定B4322工作面采場和巷道相關區的應力分布及演化狀況，確定B4322高應力區域的大小及其對巷道穩定性的影響。其中在B4322巷道形成后，工作面還未回采的應力大小如下圖3所示。

圖3 B4322巷道形成后應力云圖分布

由圖3可以看出，B4322工作面在巷道形成后，由于受臨近采空區的影響作用，在工作面切眼左側形成了一定的應力集中，其應力大小為37Mpa，是原巖應力的3.1倍。同時，由于工作面左側采空區的存在，造成B4322上順槽壓力值相對下順槽整體相對偏大，存在一定的應力集中現象，也造成左側采空區殘留煤柱處于很大的應力水平，其最大值約為60Mpa，是原巖應力的5倍。下圖4為B4322工作面從工作面推進40m，其煤層底板的應力狀態圖。

圖4 B4322開挖40m時垂直應力云圖

2.3 B4322工作面開采過程中的應力變化和分布特征

通過對B4322工作面圍巖應力分布及演化規律模擬研究，可得出以下結論：

（1）B4322工作面在巷道形成后，受B4320工作面采空區的影響，在工作面切眼左側形成了一定的應力集中水平，其應力大小為37Mpa，是原巖應力的3.1倍。同時B4322上順槽壓力值相對下順槽整體偏大，存在一定的應力集中現象，采空區殘留煤柱處于很大的應力水平，其最大值約為60Mpa，是原巖應力的5倍。

（2）B4322工作面由于受工作面前方拐角煤柱、采空區、殘存煤柱及的影響作用，隨著工作面的逐步推進，在B4322工作面切眼到左側殘留煤柱區域的上順槽形成很大的應力集中水平，同時工作面左側應力水平相對右側較高。

（3）通過對邊角煤工作面圍巖應力分布及演化規律的數值模擬可知，工作面存在不同程度的應力集中現象，因此，工作面生產過程中仍需加強臨近采空區、斷層、工作面超前支承壓力、殘留煤柱等的影響區監測和防治。

3 B4322邊角煤工作面沖擊礦壓綜合防治技術

為防治B4322邊角煤工作面礦壓沖擊事故災害，在采煤面超前支護應力影響范圍內應保證超前工作支護，在工作面巷道幫提前使用直徑大的鉆孔進行預卸壓，對于采用鉆屑法預測超過指標臨界值的區域需要采用卸壓解除危險，卸壓方法主要采用大直徑鉆孔技術、煤層注水技術和卸壓爆破技術，在應力高的區域優先選用大直徑鉆孔卸壓技術，如果條件允許也可采用煤層注水技術。

3.1 超前支護

B4322工作面超前支承應力影響范圍內，煤巖體承受較大的靜載荷，具有較高的沖擊危險性，可采用超前支護技術，上下順槽出口超前支護距離L≥60m。上下巷道均使用工字鋼和單體支柱配合使用加強支護。所有支立的單體支架必須堅固有力，達到支撐力，走向方向采用成線穿繩聯鎖布置。兩巷支護高度H≥ 2.3m，行人通道寬度L≥ 0.7m，上下巷道變形嚴重的地方應及時維修改造，保證巷道必需的通風斷面和暢通的安全出口，保證生產安全。進、回風巷兩幫鼓幫變形時，單體支柱側向會增加受力，必須及時改柱，防止支柱折斷或支柱失去支護作用危及生產安全。

3.2 大直徑鉆孔卸壓

對于采用電磁輻射技術預測異常，且鉆屑監測數值達到或超過臨界值的位置，應該在該區域前后各50m左右的范圍采用大直徑鉆孔卸壓，在回采工作面上或巷道兩幫打直徑100mm以上，孔深10～50m的卸壓孔時，間距范圍1.5～2.0m，鉆孔應布置在采高中部，和煤壁垂直布置。在掘進工作面采用此技術時，按每10m2斷面布置一個卸壓鉆孔，在斷面的中心位置布置打孔，方向要平行于煤壁或按規定的方向布置。

3.3 煤層注水

該技術是向煤層實體注水，利用壓力水的物理化學作用，濕潤煤體，降低強度，降低煤層的沖擊危險性，使高應力區轉移向煤體深部，將煤層內可以逆轉的彈性能轉變為不可逆轉的塑性能，從而達到降低危險的作用，同時還可以起到降塵目的。在工作面B4322開采之前，在工作面進、回風巷側煤壁內進行壓力注水，提前軟化煤體，減少沖擊傾向性，提高誘發沖擊的條件，注水時長保持為3個月。

3.4 卸壓爆破

經過大直徑鉆孔卸壓后采用鉆屑監測或電磁輻射技術判斷仍處于高應力的區域，可以采用煤層卸壓爆破技術處理。卸壓爆破布置在異常區的60m范圍內，爆破孔間距為20m，采用煤電鉆機或者風動鉆機，麻花鉆桿配合 mm鉆頭進行施工鉆孔，深度控制在10～15m，和煤壁垂直布置。在B4322工作面煤壁前方的煤體，在利用大直徑鉆孔卸壓后經鉆屑監測或電磁輻射技術預測仍為高應力時，也可利用爆破卸壓技術，爆破區域為工作面前方100m左右的位置。在使用煤體卸壓爆破等技術解除危險后，可通過鉆屑法進行效果檢驗，根據對比爆破前后的鉆屑量來判斷是否解除了沖擊危險性，若依然存在危險，則繼續在原來的鉆孔之間進行爆破，然后再檢驗效果，直到解除危險為止。

4 小結

（1）通過模擬、分析研究得出拐角煤柱區、斷層、臨近采空區、殘留煤柱、工作面超前支承壓力影響區是B4322邊角煤工作面沖擊危險的主要影響因素，這些因素綜合影響的區域是重點沖擊危險區域。因此對沖擊危險區域應加強監測，對于形成的高應力狀態要及時卸壓，防止沖擊的發生；

（2）采用超前支護、大直徑鉆孔卸壓、煤層注水和卸壓爆破措施等措施防治沖擊礦壓具有顯著的效果，為B4322邊角煤工作面的安全回采提供了保障。

[1]黃福昌.兗州礦區深部開采沖擊地壓防治技術與實踐[J].煤炭科學技術，2010(05):1-4.

[2]宋維源,潘一山等.沖擊地壓的混沌數學模型及預測預報[J].煤炭學報,2001(01):26-30.

[3]曲延倫.兗州礦區沖擊地壓事故分析及防治措施[J].中國煤炭,2006(10):35-37.

[4]周澎. 特厚煤層綜放開采沖擊地壓防治技術與實踐[J].煤炭科學技術，2011(04):35-39.