微山金源煤礦23下18 工作面危險性評估及防沖方案設計

李 楊

（山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東 濟南 250104）

1 23下18 工作面概況

工作面埋深658～756 m，寬192.9 m，位于23上20 工作面以東，作為23上20 工作面的接續面，上部為23上18、23上20 采空區，23下18 皮帶順槽內錯23上18 采空區14 m 布置皮帶順槽，23下18 軌道順槽Ⅱ段在23上20 采空區下布置。該工作面地層總體呈一傾向北的單斜構造，煤層傾角4°～14°，平均9°。多條斷層發育，斷層構造應力與工作面超前支承應力疊加，可能影響工作面回采[1]。

2 危險性因素分析

（1）采深影響

23下18 工作面標高-626～-723 m，地面標高+32.4～+33.4 m，最大開采深度約756 m。

（2）煤巖結構影響

① 基本頂的初次破斷階段

參照相鄰工作面開采資料，基本頂初次來壓步距約為18 m。考慮基本頂初次來壓強度較大，工作面在承壓過程中應加強頂板支護，以提高支架的初支護力。

② 工作面“見方”階段

當工作面在“見方”后，工作面上覆頂板破裂高度基本達到極限，并且與相鄰采空區上層頂板一同發生周期性的大面積運動。工作面寬度192 m，當工作面推進到192 m 時，工作面發生“見方”。在工作面“見方”階段，采空區上覆巖層運動范圍大，造成巖層的劇烈破壞，釋放大量的彈性能，大大增加了工作面的沖擊危險性。

（3）斷層影響

工作面范圍內賦存多條斷層，對工作的采動應力分布有顯著影響。巷道掘進至斷層影響區域后，斷層構造應力與掘進工作面超前支承應力疊加，導致斷層附近的支承應力增高。但工作面兩個順槽處于采空區下卸壓保護狀態，因此，構造應力得到釋放，降低了構造應力對回采過程中的影響，而煤柱下方工作面處于斷層影響區的部分沖擊危險性將會提升。

（4）巷道交岔影響

根據工作面開采設計，兩順槽與聯絡巷之間存在多處巷道交岔點。交岔巷道區域頂板懸露面積較大，應力集中程度較高，圍巖所受的應力可能大于煤層的屈服強度，變形破壞嚴重，導致圍巖對巷道頂板支撐能力下降，巷道失穩進一步加劇，誘發沖擊地壓。

（5）停采線影響

停采線外側區域受工作面末期超前支承壓力影響，煤體處于承壓狀態，加之工作面回撤采動影響，具有一定的沖擊危險性，停采線前60 m 范圍巷道需加強沖擊危險性監測，發現危險及時進行卸壓解危處理。

（6）煤層群開采影響危險區

因工作面軌道順槽和切眼部分區域布置在煤柱下，因上部煤層開采遺留的煤柱對工作面靜載加壓，容易引起下層煤應力集中，部分外錯巷道處于上部采空區遺留煤柱的應力集中區，增加了下層煤開采的沖擊危險性。

3 23下18 工作面危險性指數

根據工作面地質條件和開采條件，確定的沖擊礦壓危害危險狀態等級評定的綜合指數見表 1、表2。

表1 地質條件因素確定的沖擊地壓危險指數

表2 開采技術因素確定的開采沖擊地壓危險指數

綜合以上地質因素與開采技術因素對沖擊地壓的影響程度及沖擊地壓危險狀態等級評定，可得23下18 工作面沖擊危險指數為：

Wt=max{Wt1，Wt2}=max{0.24，0.33}=0.33

綜合判定其沖擊危險等級為弱沖擊危險。

4 工作面危險區域劃分

根據多因素評價，將危險區域位置、危險程度進行疊加并結合每類因素所造成的不同危險水平，將工作面危險區域劃分為10 個中等沖擊危險區域，具體位置見表3，多因素耦合疊加沖擊危險區如圖1[2]。

圖1 23下18 工作面沖擊危險區域劃分

表3 回采期間估計危險區

5 沖擊地壓危險監測方案

通過對金源礦23下18 工作面具體地質、開采技術條件等綜合分析，動靜載力共同作用下導致了沖擊地壓的發生。對于23下18 工作面回采期間沖擊地壓危險監測，可采用微震監測、鉆孔應力監測、鉆屑法檢測等綜合進行。

在回采過程中，根據危險區域的劃分，對存在沖擊危險的區域運用相應的防治措施，并及時采取監測手段進行效果檢驗，確保所用措施能夠降低甚至消除沖擊危險。工作面開采過程中運用的主要措施包括大孔徑卸壓、煤體卸壓爆破、底煤大孔徑卸壓或爆破卸壓等方法[3]。

（1）過斷層防沖措施。工作面在沖擊危險區回采過程中遇斷層時，應加強防沖監測，當距斷層（斷層落差大于3 m）30 m 時，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。

（2）初采、初次來壓、見方來壓期間的防沖設計。工作面在初次來壓前后20 m 范圍，應加強防沖監測，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。見方期間，距離切眼172～252 m 范圍內，應加強防沖監測，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。

（3）工作面回采末期的防沖設計。工作面回采末期，在停采線前方60 m 范圍，應加強防沖監測，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。

6 其他防護措施

研究沖擊地壓的主要目的是保障礦山安全生產，不僅要研究沖擊地壓的預測預報和綜合防治，還應加強制度管理，以避免或減少由沖擊礦壓事故帶來的危害和損失。為此，23下18 工作面還需制定其他措施：

（1）頂板管理措施：分正常時期和特殊時期的頂板管理措施。

（2）個體防護措施：建立相關制度，進行統一管理。

（3）設備及物料管理措施：合理規置設備物料，統一管理，安全使用。

（4）應急處置措施：應與鄰近救援機構長期合作。

7 主要結論

（1）23下18 工作面沖擊危險狀態等級評定綜合指數為0.33，為弱沖擊危險性。其中，開采技術因素占較大比例，工作面采深、斷層以及基本頂的初次破斷、見方等起主要影響作用。工作面推進過程中始終伴隨沖擊危險。

（2）根據23下18 回采工作面沖擊危險性評價結論，結合工作面實際情況，工作面宜采取區域、局部監測和定點監測相結合的方式。工作面回采過程中的沖擊地壓危險監測可通過微震監測、鉆孔應力監測、鉆屑法檢測等手段綜合進行[4]。在回采過程中，按照危險區域劃分，對存在沖擊危險的區域運用相應的防治措施，并及時采取監測手段進行效果檢驗，確保所用措施能夠降低甚至消除沖擊危險。工作面開采過程中運用的主要措施包括大孔徑卸壓、煤體卸壓爆破、底煤大孔徑卸壓或爆破卸壓等方法。