工作面沖擊地壓危險性分析

2018-01-31 09:47:58杜忠

山西化工 2017年6期

杜忠

(山西汾西礦業集團水峪煤業,山西孝義 032300)

1304工作面開采深度達到440 m，為了確定其沖擊危害的程度，通過實驗室對煤巖樣品進行應力測定；對頂板巖性、采深影響、圍巖構造等因素引起沖擊威脅的可能性進行分析，分析結果表明，1304工作面具有弱沖擊危害。但是采用綜合指數法對工作面沖擊危險性進行評價，評價結果表明，1304工作面具有強沖擊威脅，其中的開采技術因素是工作面沖擊危險主要原因，工作面周圍的采空區及其位置附近的斷層起主要影響作用。工作面在開采過層中應加強在靠近采空區及斷層處的安全管理。

沖擊地壓；斷層；危險性評價

1 工程概況

1304工作面開采3下煤層，工作面處于-518 m水平，地面標高平均+34.64 m。3下煤層平均厚度6.05 m，煤層傾角0°～8°，平均5°，層里結構簡單。工作面頂底板情況見表1。

表1 工作面頂底板情況

直接充水含水層煤3下頂板砂巖，最大導高范圍內(96.2 m)頂板砂巖厚22.31 m～38.57 m，平均厚度30.86 m。

由于采空區積水距1304工作面較遠(最小距離188 m)，1304工作面標高-408.4 m～-380.1 m，故采空區積水對回采無影響。掘進期間工作面兩順槽、切眼及聯絡巷共有18條正斷層，頂板裂隙發育，沿裂隙面出現涌水，最大為25 m3/h，其余所揭露的斷層均未出現明顯涌水現象。預計回采期間涌水形式為頂板淋水及采空區涌水，以采空區涌水為主。

1304工作面回采過程中正常涌水量40 m3/h～60 m3/h，最大涌水量150 m3/h。

1304工作面位于1301、1302、1303工作面南面，輔順原則根據JF62斷層確定，膠順根據KFl7斷層和風氧化帶確定，切眼的位置由KFl7斷層確定。

根據六采區南部區域煤層的賦存情況，結合現有的巷道布置，確定開采六采區南部區域煤層利用原六采區新增輔運巷、六采區南部邊界巷作為輔助運輸、進風之用。在六采區新增輔運巷以西40 m再布置一條新增膠帶巷，用作回風、煤流運。

2 煤層和圍巖沖擊傾向性判別

2.1 沖向性測定

為確定工作面煤層和其圍巖的沖擊傾向性，本文在1304工作面的煤層和巷道中取樣，并制作成圓柱形標準試樣。在巖石力學實驗室進行煤巖的物理力學性質測定，并得到其沖擊傾向性[1-2]。

由測定結果可知，3下煤動態破壞時間53.81 ms、單向抗壓強度15.87 MPa、沖擊能指數4.82、彈性能指數4.55。可以認為該工作面煤樣具有弱沖擊傾向性[3]。

巖層的沖擊傾向性評定按照我國煤炭行業標準《巖石沖擊傾向性分類及指數的測定方法》MT/T 866-2000，由實驗室巖樣實驗得出的結果進行評價。1304工作面頂板巖層的彎曲能量指數為14.05 kJ，評定該層煤的頂板巖層為具有弱沖擊傾向性[4]。

2.2 煤巖沖擊動力現象

礦井自正式投產以來，從2003年開始，六采區的幾個工作面煤巖多次發生沖擊地壓情況，尤其是2004年，6303工作面開采進行到1290.5 m時，工作面煤壁前方巷道突然出現沖擊礦壓的情況，巨大的聲響之后，巷道內充滿煤塵，煤幫瞬間突出1.8 m左右。2005年，6303工作面再一次出現沖擊礦壓情況，巨大的響聲之后巷道內充滿煤塵，煤壁前11.6 m～47.0 m處煤幫突出200 mm～900 mm不等，井巷頂板下沉500 mm左右，底板鼓起250 mm～600 mm，破壞單體支柱27根，破壞十字頂梁15個。之后，6303工作面巷道又出現了幾次小型的沖擊礦壓，給工作面安全高效生產帶來了很大威脅。

3 工作面沖擊地壓主要影響因素分析

3.1 頂板巖性

1304工作面直接頂的巖性是粉砂巖，厚度大約1.4 m，基本頂巖性為細砂巖及中砂巖，厚度大約在20.8 m。底板巖性為泥巖、粉砂巖，厚度約為3.7 m。如果頂板為堅硬厚層砂巖，則其容易出現懸頂情況，尤其是在頂板破碎滑脫過程中，產生大量的彈性能，彈性能突然劇烈釋放可造成劇烈震動，有可能形成地質災害[5]。

沖擊地壓危險會在頂板為堅硬、厚層砂巖時增高。在1304工作面堅硬、厚層砂巖距煤層的距離大約為21 m，其小于50 m，沖擊危險指數為3。頂板巖層厚度特征參數Lst計算見式(1)：

Lst=∑hiri

(1)

式中：hi為頂板第i種巖層的總厚度，m；ri為巖層的弱面遞減系數。

由公式(1)可知，頂板巖層厚度特征參數Lst=∑hiri=1.4+20.8=22.2。由于頂板巖層厚度特征參數小于50，可知，其沖擊地壓危險指數為0。

3.2 采深的影響

1304工作面采深約為440m。根據大量實踐資料說明，開采深度小于或者等于350m時，通常沒有沖擊地壓危險，因為此時煤巖體中聚集的彈性能較小；開采深度在350m～500m時，煤巖體中聚集了較高的彈性能使之具有一定的幾率會發生煤巖沖擊，沖擊可能性系數會增加。從上述條件可知，1304工作面有可能出現沖擊地壓的情況。

3.3 煤的沖擊傾向性

煤體的沖擊傾向性可以作為煤體出現沖擊破壞強弱的一種評定標準，因煤體的沖擊地壓傾向是其的物理性質，是煤自身就擁有的、內在的性質[4]，所以，煤體的傾向性越大出現沖擊的概率就越大，煤體的傾向性越小出現沖擊地壓的概率就越小。經過實驗室對煤巖樣的測定可知，1304工作面的煤和煤巖的沖擊地壓傾向性危險結果見表2、表3。

表2 1304工作面煤樣沖擊傾向性結果

表3 1304工作面煤巖混合沖擊傾向性結果

1304工作面煤厚在2.0m～7.2m，煤厚變化較大，煤厚及其幅度與沖擊地壓傾向性密切相關，煤厚變化上下幅度越大，沖擊地壓傾向性就越高，就越容易發生沖擊地壓災害[5]。所以，該工作面沖擊地壓傾向性受到的煤厚及其幅度變化因素影響較高。

3.4 構造影響

1304工作面煤層趨勢為南高北低，軸向NS，幅度7m。1304工作面采掘期間探測出共有正斷層17個，其密度是278條/km2，斷層的孕育主要是NNW方向，有79%左右，然后是SEE方向，有21%左右。有幾個代表性的斷層位置如第128頁圖1，這部分斷層將會增加工作面沖擊危險性概率。斷層會引起回采范圍內的應力構造集中。