鄭友剛

（開灤（集團）有限責任公司唐山礦業(yè)分公司，河北省唐山市，063000）

唐山礦1878年建井，至今已有135年開采歷史，開采過程中形成了大量的孤島工作面，因礦壓大、沖擊地壓威脅等原因，一些孤島煤柱難以開采。T1391工作面為唐山礦業(yè)公司鐵一區(qū)及鐵二區(qū)之間保留的系統(tǒng)巷道煤柱，為大孤島工作面，其開采深度－680～－780 m，西鄰T1392工作面采空區(qū)，南部至T1390底邊眼，東部至T2292、T2293、T2294工作面采空區(qū)，上方為T1351、T1352和T 1 353工作面采空區(qū)。深部孤島工作面開采受大采深及高應力場等的影響，是沖擊地壓容易發(fā)生的區(qū)段。

1 危險區(qū)域劃分

在煤礦沖擊地壓防治中，危險區(qū)域的劃分是前提，只有全面系統(tǒng)而準確地確定危險區(qū)域，才能成功地預防沖擊地壓的發(fā)生。通過類似條件下沖擊地壓案例分析，結(jié)合T1391工作面構(gòu)造條件，研究孤島工作面沖擊地壓危險區(qū)域劃分。

1.1 危險區(qū)域類型分析

通過沖擊地壓案例分析，結(jié)合唐山礦8＃、9＃合層煤層構(gòu)造條件、工作面巷道掘進和工作面開采順序及方式，根據(jù)不同條件下沖擊地壓發(fā)生的情況，主要分為以下3類：

（1）邊界型。主要指人為采動影響造成的沖擊地壓。影響指受巷道掘進和已采工作面形成的采空區(qū)對生產(chǎn)工作面的礦壓影響。

（2）構(gòu)造型。主要集中在斷層、褶曲區(qū)域。在大斷層附近、斷層簡滅處和經(jīng)過斷層的巷道掘進和工作面開采有可能出現(xiàn)的沖擊地壓。

（3）復合型。邊界型和邊界型疊加、構(gòu)造型與構(gòu)造型疊加、邊界型與構(gòu)造型疊加等情況，此類型較之單一因素影響的動壓危險性要更為嚴重。

1.2 巷道掘進期間危險區(qū)域

本工作面巷道大部分已經(jīng)開掘完畢，只有T1391小面風道為在掘巷道，T1391小面風道一側(cè)受到已采工作面影響，在掘進期間存在較大沖擊地壓危險性。T1391小面風道掘進示意圖見圖1。

圖1 T1 391小面風道掘進示意圖

T1391小面風道掘進處于T2294、T2293、T2292采空側(cè)壓中，巷道掘進過程中會出現(xiàn)開門、貫通等特殊區(qū)段，因此主要沖擊地壓影響因素為采空側(cè)壓、開門和巷道貫通等影響。

圖1中Ⅰ～Ⅵ區(qū)域為小面風道掘進期間沖擊危險區(qū)域劃分。Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)域為采空側(cè)壓影響的邊界型危險區(qū)域；Ⅲ區(qū)域為采空側(cè)壓影響且需巷道開門的復合型危險區(qū)域；Ⅵ區(qū)域為采空側(cè)壓影響且需巷道貫通的復合型危險區(qū)域。

其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ區(qū)域具有微小沖擊地壓危險，Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ區(qū)域具有較大沖擊地壓危險。

1.3 工作面推采期間危險區(qū)域

T1391工作面正常推采期間，沖擊地壓影響因素主要為工作面煤層上方約40 m處的5＃煤層殘留煤柱、采空側(cè)壓、工作面水平方向密集巷道群、煤柱兩側(cè)應力疊加相互影響、工作面見方、停采線支承壓力和斷層等。工作面推采期間危險區(qū)域見圖2。

Ⅰ～Ⅷ區(qū)域為T1391工作面推采期間的沖擊地壓危險區(qū)域劃分。Ⅰ、Ⅳ區(qū)域為切眼巷道拐角和巷道群疊加影響的復合型危險區(qū)域；Ⅱ區(qū)域為上部5＃煤層煤柱和T1391工作面見方疊加影響的復合型危險區(qū)域，范圍為上部煤柱邊緣前后各40 m；Ⅲ區(qū)域為巷道和工作面見方疊加影響的復合型危險區(qū)域；Ⅴ區(qū)域（包括Ⅴ1和Ⅴ2區(qū)域）為工作面支承壓力和煤柱應力相互影響的復合型危險區(qū)域；Ⅵ區(qū)域為單一斷層影響的構(gòu)造型危險區(qū)域，范圍為斷層前后各30 m；Ⅶ區(qū)域為45°巷道拐角和采空區(qū)應力疊加影響的復合型危險區(qū)域；Ⅷ區(qū)域為巷道拐角和工作面停采線應力疊加影響的復合型危險區(qū)域，范圍為停采線到巷道拐彎后15 m。

圖2 工作面推采期間危險區(qū)域

其中，Ⅵ區(qū)域具有微小沖擊地壓危險；Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅶ區(qū)域具有較小沖擊地壓危險；Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ區(qū)域具有較大沖擊地壓危險。

2 工作面超前支承壓力觀測

2.1 超前支承壓力分布范圍觀測

采用煤層動態(tài)觀測方法，使用頂板動態(tài)儀，研究確定采場周圍煤體上支承壓力分布規(guī)律，確定工作面超前支承壓力影響范圍。

2.1.1 理論分析

根據(jù)遠點捕捉的頂板下沉速度的變化，可獲得支承壓力的分布范圍和明顯影響范圍。從頂板動態(tài)監(jiān)測結(jié)果可看出工作面超前支承壓力明顯影響區(qū)和影響范圍。頂板下沉速度與超前煤壁距離關系見圖3。

圖3 頂板下沉速度與超前煤壁距離關系示意圖

頂板下沉速度較大的區(qū)域是超前支承壓力作用明顯影響區(qū)，在該區(qū)域受到超前支承壓力的影響較大，屬于應力和能量集中的區(qū)域；頂板還在下沉，但速度相對已經(jīng)較小的區(qū)域和超前支承壓力作用明顯影響區(qū)統(tǒng)稱超前支承壓力影響范圍；超過影響范圍的區(qū)域基本就不受超前支承壓力的影響。

2.1.2 監(jiān)測方法

在T1391大面刮板輸送機巷道布置頂板動態(tài)儀，距工作面切眼150 m處布置第1臺頂板動態(tài)儀，然后隔5 m、5 m、5 m、60 m各布置1臺，共5臺，進行支承壓力分布的觀測，觀測頂?shù)装逑鲁亮?，每次觀測均記錄頂板動態(tài)儀至煤壁的距離。離煤壁最近的頂板動態(tài)儀距離煤壁尺寸為0時，將該動態(tài)儀回撤，支設到巷道前方，與最前方動態(tài)儀的距離為10.0 m，循環(huán)支設。

2.1.3 結(jié)果分析

表1為T1391大面刮板輸送機巷道頂板動態(tài)儀監(jiān)測結(jié)果，通過對數(shù)據(jù)的分析可得出超前工作面的距離（S）與頂?shù)装逡平俣龋é）的關系曲線，見圖4。從頂板動態(tài)監(jiān)測結(jié)果及根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制的圖5可看出，工作超前壓力隨工作面的距離增大，地板下沉速率逐漸減小，60 m之后頂板下沉速率小于0.2，充分證明礦壓影響區(qū)主要在工作面至前方60 m左右范圍內(nèi)。

表1 T1 391大面刮板輸送機巷道頂板動態(tài)儀監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2 超前支承壓力峰值位置觀測

在超前煤柱內(nèi)布置多個鉆孔應力計，對工作面的超前支承壓力進行監(jiān)測，鉆孔應力計采用主動式在線數(shù)據(jù)采集鉆孔應力計。

2.2.1 理論分析

根據(jù)頂板動態(tài)儀監(jiān)測數(shù)據(jù)及圖5，已經(jīng)證明了超前支承壓力的分布規(guī)律，根據(jù)不同的條件，超前支承壓力的影響范圍、峰值位置和峰值大小會有所不同，但基本曲線形式都是一致的。

圖4 超前工作面距離與頂?shù)装逡平俣鹊年P系曲線

鉆孔應力計的讀數(shù)只是支承壓力變化的相對值，而不是絕對值，不能完全反映出煤體中實際支承壓力的大?。ㄍǔＧ闆r是所測壓力比實際壓力要小），但可以反映出其變化趨勢和應力集中程度。通過工作面前方相對支承壓力的變化分析支承壓力的范圍，根據(jù)支承壓力與工作面的距離關系曲線，可判斷支承壓力的影響范圍和峰值區(qū)域，具體如圖5所示。

圖5 工作面超前支承壓力分布示意圖

2.2.2 監(jiān)測方法

在T1391大面刮板輸送機巷道離切眼250 m處開始安裝鉆孔應力計，共安裝4個。鉆孔距離底板1.2 m，孔深6.0 m，孔徑42.0 mm，孔距10 m，鉆孔斜向上0～3°，打孔時盡量保持鉆孔垂直煤幫，而且使孔壁光滑，打完后，吹出孔內(nèi)的煤灰，然后進行安裝，鉆孔直徑不能太大，否則儀器的應變頭不能與煤體充分接觸，影響觀測效果。

應力計安裝好后，需對其施加初始壓力并記錄壓力表讀數(shù)，在隨后的開采過程中，每2 h觀測一次。

2.2.3 監(jiān)測結(jié)果分析

表2為鉆孔應力計測量的數(shù)值，將測量結(jié)果繪制曲線可得圖6。測得的結(jié)果與理論分析結(jié)果（圖5）相吻合。

圖6 超前支承壓力鉆孔支承壓力隨工作面距離變化關系曲線

表2 T1 391大面刮板輸送機巷道鉆孔應力計測量的數(shù)值

由表2及圖6可知，工作面超前支承壓力影響范圍為超前60 m以內(nèi)，峰值位置出現(xiàn)在23～26 m處。

3 圍巖變形破壞實測

根據(jù)圍巖變形的數(shù)據(jù)可知，巷道圍巖隨著工作面推進變形逐漸增大，符合巷道變形規(guī)律。在T1391工作面推采的過程中，4條巷道的工作面前方30 m范圍內(nèi)的巷道變形較為嚴重，超前60 m范圍內(nèi)支護采用密集單體柱加強支護，仍出現(xiàn)了較大程度的變形。其中兩工作面之間的12 m煤柱兩側(cè)巷道變形比其他巷道大，生產(chǎn)的過程中進行了多次翻修工作，說明煤柱的泄壓效果較好。實際工作面巷道的變形測量數(shù)據(jù)與礦壓數(shù)據(jù)相吻合，充分證明了理論結(jié)果符合實際礦壓情況，對危險區(qū)域的劃分比較準確，有力地保證了工作面的安全生產(chǎn)。

4 小結(jié)

（1）通過對T1391工作面進行沖擊地壓危險區(qū)域研究，最終劃分了工作面巷道掘進期間和回采期間的沖擊地壓危險區(qū)域和危險等級。

（2）通過對T1391工作面的超前支承壓力進行觀測，采用頂板動態(tài)與鉆孔應力變化方法得到超前支承壓力明顯范圍在超前60 m左右，峰值在煤壁前方23～25 m。

（3）通過對T1391工作面的圍巖變形進行測量，基本符合常規(guī)巷道變形破壞規(guī)律，卸壓處理的12 m煤柱兩側(cè)巷道變形比其他巷道大。

［1］劉寶珠，馬亞杰，章之燕.特厚煤層放頂煤開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究 ［J］.中國煤炭，2011（4）

［2］劉寶珠，苑龍峰.高應力厚煤層沿底掘進冒頂事故成因及預防與處理技術研究 ［J］.中國煤炭，2012（10）