厚煤層綜采工作面沖擊地壓危險性評估研究

李 欽 王懷虎

（兗煤礦業工程有限公司，山東 鄒城 273500）

隨著煤炭資源的開采逐漸向深部轉移，沖擊地壓發生的可能性也顯著增大。針對沖擊地壓的危險性評價，國內外許多學者已經進行了相關研究[1-2]。

1 工作面概況

工作面位于221盤區西部，也是本礦井第一個布置的2-2上煤層工作面。西為221上18工作面，南到DP53H油氣井保護煤柱，北到吉祥福慧寺保護煤柱邊界，東為221上01工作面。工作面傾向長330m，走向長829.5m。煤層厚度為4.39～6.49m，平均5.43m。煤層傾角0～3°，平均1°。煤層結構復雜，大部分含1～2層泥巖夾矸，煤層普氏系數(f)一般在1.71左右。煤層頂底板情況如表1所示。

2 沖擊地壓危險監測方案

石拉烏素礦井煤層埋藏較深，壓力大，掘進過程中煤炮頻繁，順槽施工和工作面回采期間必須進行沖擊地壓監測，為保證施工過程中的安全，根據其地質特點決定采用鉆屑法監測檢驗煤體沖擊危險，從而對工作面進行沖擊危險性評估[3]。221上17綜采工作面平面位置示意圖如圖1所示。

表1 煤層頂底板情況表

圖1 221上17綜采工作面平面位置示意圖

2.1 工作面掘進期間監測方案

監測點布置在回風順槽，監測孔眼深均為14m，鉆孔直徑42mm，監測孔布置在煤層中，當現場由于地質條件影響，巖石中無法打監測孔時，調整監測孔位置，監測孔必須在煤層中施工，距巷道底板1.5m左右。監測孔布置圖如圖2所示。

掘進過程中，每掘進14m，迎頭施工一個監測鉆孔，西幫每30m施工一組監測孔，一組施工兩個監測鉆孔，監測鉆孔距迎頭的距離分別為15m、30m。東幫每施工10m施工一個監測鉆孔，監測鉆孔距離迎頭的距離為10m。掘進過程中遇斷層、構造帶時，斷層前后10m在巷道兩幫各施工1組監測鉆孔，一組2個鉆孔，眼深14m，間距15m，第一個鉆孔布置在距斷層面5m位置處。

圖2 監測鉆孔布置示意圖

2.2 工作面回采期間監測方案

工作面回采過程中，通過施工應力監測系統，加強沖擊地壓監測，兩順槽每隔25m施工一個測站，每個測站安裝兩個測點，深度分別為12m和7m，間距為2m，測站隨工作面推進往前挪移，確保安全監測距離不小于200m。鉆屑法煤粉監測設計孔深14m。

在工作面回風順槽內幫和膠帶順槽內幫，超前150m范圍內進行煤粉監測，監測孔布置在應力在線監測系統反映的高應力區域，每天早班監測一次，應力較低、動力現象較弱時，第一天在超前工作面60m布置監測孔，第二天在超前70～150m范圍內布置監測孔。

3 沖擊危險性評估

對221上17工作面沖擊危險性評估必須具有針對性，主要采用綜合指數法和可能性指數診斷法。

3.1 綜合指數法評價

綜合指數法評價用于對工作面沖擊地壓危險性進行評價，以便正確地認識沖擊地壓對礦井生產的威脅[4-5]。其核心表達式為：

由評定工作面的地質因素和開采技術因素影響的沖擊危險綜合指數，可判定221上17工作面沖擊危險綜合指數，根據（1）式得出：Wt=max{Wt1，Wt2}=max{0.14、0.44}=0.44。

由此可見，221上17開采工作面的沖擊地壓危險狀態等級評定綜合指數Wt=0.44，屬于弱沖擊危險性。

3.2 可能性指數診斷法評價

應力狀態和煤巖體的性質是發生沖擊地壓最主要的因素。因此，采用沖擊地壓發生的可能性指數診斷法為基本方法進行綜合研究[6]。

（1）測試和計算煤巖體的沖擊傾向性

煤層的彈性能量指數Wet=1.27。

（2）計算應力和沖擊傾向性各自對“發生沖擊地壓”事件的隸屬度

應力對“發生沖擊地壓”事件的隸屬度計算公式為：

應力隸屬度

式中：

Ic=kγH/σc，在 221上17 工作面應力集中區域，k=2.0，Ic=23.5MPa/7.63MPa= 3.0。

即采動應力對“發生沖擊地壓”事件的隸屬度為：

沖擊傾向性對“發生沖擊地壓”事件的隸屬度計算公式為：

傾向性隸屬度

式中：

Wet-彈性能指數。

工作面Wet為1.27。

（3）計算沖擊地壓發生的可能性指數

（4）診斷某一點沖擊地壓發生的可能性

根據表2，初步確定某一點沖擊地壓發生的可能性。

表2 沖擊地壓發生可能性評價指標

工作面沖擊地壓發生的可能性指數U=0.82，具備了能夠發生沖擊地壓的應力條件，如果不提前采取防治措施，工作面很可能發生沖擊地壓。

4 沖擊地壓防治

4.1 兩巷超前支護

（1）回風順槽沖擊地壓區域超前支護

回風順槽沖擊地壓區域超前支護距離不小于60m。靠近切眼處布置3組順槽支架支護距離20m，順槽支架外離內幫2.0m布置1路單體液壓支柱支護距離40m，單體間距2m，確保總支護距離不小于60m。

（2）膠帶順槽沖擊地壓區域超前支護

膠帶順槽沖擊地壓區域超前支護距離不小于60m。靠近切眼處布置3組順槽支架支護距離20m，順槽支架外沿轉載機電機外沿200mm布置1路單體液壓支柱支護距離40m，單體間距2m，確保總支護距離不小于60m。

4.2 鉆孔卸壓

在掘進、回采期間實施大直徑鉆孔卸壓，鉆孔直徑100～120mm，鉆孔深度20m，高度在1.2～1.5m之間。在內幫進行施工，間距2.0m，當采用2.0m間距無法完全釋放應力進行解危時，將孔間距改為1.0m，進行密集排煤粉卸壓。

4.3 礦壓觀測

加強礦壓觀測，掌握工作面周期來壓規律，提前預測來壓位置，確定采動影響范圍及支撐壓力分布變化規律提前采取防范措施。

依據工作面地質、周邊狀況以及相鄰礦井在開采過程中的礦壓顯現規律，為工作面的頂板管理和支護狀態、強度及安全提供合理的支護參數。

5 結論

（1）根據 221上17工作面地質因素和開采技術因素，利用綜合指數法計算出了221上17開采工作面的沖擊地壓危險狀態等級評定綜合指數Wt=0.44，屬于弱沖擊危險性。

（2）根據可能性指數診斷法評價，221上17工作面沖擊地壓發生的可能性指數U=0.82，具備了能夠發生沖擊地壓的應力條件。

（3）221上17工作面掘進、回采期間采用煤體大直徑鉆孔卸壓、爆破卸壓等措施，設立防沖機構加強管理，制定并嚴格實施防沖規章制度，有效防治沖擊地壓。