李國(guó)營(yíng) 張呈祥

(1. 內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，017300；2. 山東能源淄博礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東省淄博市，255100)

上覆巖層的斷裂、失穩(wěn)和運(yùn)動(dòng)是造成工作面礦壓顯現(xiàn)的根源，而在工作面采空區(qū)見(jiàn)方階段，覆巖活動(dòng)最為強(qiáng)烈，采空區(qū)頂板活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到峰值，頂板斷裂產(chǎn)生的動(dòng)載較大，動(dòng)壓顯現(xiàn)劇烈，工作面動(dòng)壓顯現(xiàn)危險(xiǎn)性隨之增強(qiáng)。當(dāng)工作面距切眼的距離等于工作面長(zhǎng)度時(shí)，即為一次見(jiàn)方；距切眼的距離等于工作面長(zhǎng)度2倍時(shí)，即為二次見(jiàn)方，以此類推。

1 巴彥高勒礦井1103工作面概況

1103工作面是巴彥高勒礦井11盤區(qū)的第3個(gè)工作面，工作面寬260 m，長(zhǎng)3600 m，煤層厚度平均為5.5 m，煤層傾角平均為1.5°，煤層賦存穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。煤層硬度為2.6～3.7，老頂為平均厚度13.5 m的中粒砂巖，老底為7.5 m厚的中粒砂巖。1103工作面與1102采空區(qū)之間煤柱寬度為30 m。相鄰1102工作面回采期間動(dòng)壓顯現(xiàn)明顯，尤其是當(dāng)工作面推采至約230 m時(shí)，受一次見(jiàn)方影響，在沿空巷道出現(xiàn)了冒頂和瞬時(shí)底鼓現(xiàn)象，給礦井安全生產(chǎn)造成了一定的影響。1103工作面相對(duì)位置如圖1所示。

圖1 1103工作面相對(duì)位置圖

2 1103工作面一次見(jiàn)方階段動(dòng)壓顯現(xiàn)規(guī)律

2.1 動(dòng)壓顯現(xiàn)情況

2016年1月7日，1103工作面推采至228 m時(shí)，一次見(jiàn)方影響開(kāi)始顯現(xiàn)；1月9日，工作面推采至253 m時(shí)，見(jiàn)方影響最大；1月14日，工作面推采至290.6 m時(shí)，見(jiàn)方影響開(kāi)始減弱；1月19日，工作面推采至311 m時(shí)，見(jiàn)方影響已不明顯。具體礦壓顯現(xiàn)情況見(jiàn)表1。

表1 1103工作面一次見(jiàn)方動(dòng)壓顯現(xiàn)統(tǒng)計(jì)表

2.2 微震顯現(xiàn)情況

2.2.1 微震活動(dòng)趨勢(shì)分析

1103工作面一次見(jiàn)方前后1個(gè)月時(shí)間段內(nèi)的微震活動(dòng)趨勢(shì)如圖2所示，其中不包括能級(jí)小于102J微震事件。由圖2可知，2016年1月7日-1月21日，1103工作面在一次見(jiàn)方區(qū)域推采，期間微震頻次和能量均明顯較高，表明一次見(jiàn)方對(duì)工作面微震顯現(xiàn)影響較大。

圖2 1103工作面一次見(jiàn)方前后微震活動(dòng)趨勢(shì)圖

1103工作面一次見(jiàn)方期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。由表2可知，1103工作面一次見(jiàn)方期間，共監(jiān)測(cè)到微震事件1348起，總釋放能量為8.3×105J，平均每天微震頻次90次，平均每天微震能量5.5×104J，與非見(jiàn)方影響區(qū)域相比，微震頻次和能量分別增加了64%和150%。

表2 1103工作面一次見(jiàn)方期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 微震事件平面分布

1103工作面一次見(jiàn)方影響區(qū)域102J能量以上微震事件平面分布圖見(jiàn)圖3。1103回風(fēng)巷一側(cè)微震事件比較集中，尤其是大能量微震事件多發(fā)生在工作面保護(hù)煤柱及回風(fēng)巷以西160 m范圍內(nèi)，表明微震活動(dòng)受1103工作面超前支承壓力和1102采空區(qū)側(cè)向支承壓力疊加影響。1103主運(yùn)巷和輔運(yùn)巷微震顯現(xiàn)不明顯，動(dòng)壓顯現(xiàn)危險(xiǎn)程度低。

另外，微震事件主要分布在距切眼158～388 m 范圍橢圓形區(qū)域內(nèi)，橢圓中心區(qū)域距切眼約270 m，正位于一次見(jiàn)方位置附近，表明一次見(jiàn)方位置頂板裂隙持續(xù)向上發(fā)育，頂板活動(dòng)依次向前后兩側(cè)輻射，并逐漸遞減。

圖3 微震事件平面分布圖

3 1103工作面多次見(jiàn)方階段動(dòng)壓顯現(xiàn)規(guī)律

3.1 二次見(jiàn)方階段

1103工作面在距切眼451～491 m范圍推采期間，受二次見(jiàn)方影響，出現(xiàn)了頂板壓力積聚、巷道底鼓及兩幫收斂變形速度加快、溜尾及回風(fēng)巷超前區(qū)域漏頂、壓架等“蠕變”現(xiàn)象。

1103工作面二次見(jiàn)方前后1個(gè)月時(shí)間段內(nèi)的微震活動(dòng)趨勢(shì)如圖4所示，其中不包括能級(jí)小于102J微震事件。

圖4 1103工作面二次見(jiàn)方前后微震活動(dòng)趨勢(shì)圖

由圖4可知，2016年2月25日—3月13日，1103工作面在二次見(jiàn)方區(qū)域推采，期間微震頻次和能量均明顯較高，二次見(jiàn)方對(duì)工作面微震顯現(xiàn)影響較大。

1103工作面二次見(jiàn)方期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。由表3可知，1103工作面二次見(jiàn)方期間，共監(jiān)測(cè)到微震事件1164起，總釋放能量為6.5×105J，平均每天微震頻次65次，平均每天微震能量3.6×104J，與非見(jiàn)方階段相比，微震頻次和能量分別增加了18%和64%，與一次見(jiàn)方階段相比，微震頻次和能量分別減少了14%和22%。

表3 1103工作面二次見(jiàn)方期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 三次見(jiàn)方階段

1103工作面在距切眼705～815 m推采期間，受三次見(jiàn)方影響，出現(xiàn)煤炮增多現(xiàn)象，但現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)有出現(xiàn)動(dòng)壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。

1103工作面三次見(jiàn)方前后1個(gè)月時(shí)間段內(nèi)的微震活動(dòng)趨勢(shì)如圖5所示，其中不包括能級(jí)小于102J微震事件。由圖5可知，2016年4月26日—5月13日，1103工作面在三次見(jiàn)方區(qū)域推采，期間微震頻次和能量雖有所升高，但影響時(shí)間短，也沒(méi)有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成影響，表明三次見(jiàn)方對(duì)工作面微震顯現(xiàn)影響不大。

圖5 1103工作面三次見(jiàn)方前后微震活動(dòng)趨勢(shì)圖

1103工作面三次見(jiàn)方期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。由表4可知，1103工作面三次見(jiàn)方期間，共監(jiān)測(cè)到微震事件527起，總釋放能量為3.9×105J，平均每天微震頻次29次，平均每天微震能量2.2×104J，與非見(jiàn)方階段相比，微震頻次和能量變化不大，與一次見(jiàn)方階段相比，微震頻次和能量分別減少了61%和53%。

表4 1103工作面三次見(jiàn)方期間微震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

1103工作面三次見(jiàn)方以后的見(jiàn)方影響已不明顯，可忽略不計(jì)。

4 采空區(qū)見(jiàn)方區(qū)域的爆破斷頂措施

為減小采空區(qū)見(jiàn)方對(duì)1103工作面安全回采的不利影響，對(duì)回風(fēng)巷見(jiàn)方前后50 m范圍進(jìn)行了深孔爆破斷頂。具體施工參數(shù)如圖6所示。

圖6 1103工作面回風(fēng)巷見(jiàn)方區(qū)域爆破斷頂剖面圖

4.1 施工參數(shù)

施工區(qū)域?yàn)橐?jiàn)方區(qū)域前后50 m；每2個(gè)鉆孔為1組，鉆孔開(kāi)孔位置分別為兩幫肩窩處；生產(chǎn)幫鉆孔按45°仰角施工，孔徑75 mm，孔深45 m，間距10 m，裝藥量18 kg；非生產(chǎn)幫鉆孔按50°仰角施工，孔徑75 mm，孔深35 m，間距10 m，裝藥量15 kg。

4.2 施工情況

工作面一次見(jiàn)方、三次見(jiàn)方前后50 m均按設(shè)計(jì)進(jìn)行了深孔爆破斷頂，二次見(jiàn)方區(qū)域由于礦用乳化炸藥供應(yīng)不連續(xù)，未能采取爆破斷頂措施。

5 爆破斷頂效果評(píng)價(jià)

5.1 礦壓顯現(xiàn)對(duì)比分析

5.1.1 與1102工作面一次見(jiàn)方階段對(duì)比

1102工作面一次見(jiàn)方期間動(dòng)壓顯現(xiàn)比較劇烈，導(dǎo)致回風(fēng)巷大面積冒頂，超前支架被壓歪、壓實(shí)，多處頂板錨桿、錨索被拉斷，嚴(yán)重影響了礦井安全生產(chǎn)。

1103工作面回風(fēng)巷一次見(jiàn)方區(qū)域采取了深孔爆破斷頂措施，雖然出現(xiàn)了微震活動(dòng)加劇、輕微底鼓等現(xiàn)象，但總體比較平穩(wěn)，未對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成影響。

5.1.2 與1103工作面二次見(jiàn)方階段對(duì)比

1103工作面二次見(jiàn)方區(qū)域未采取爆破斷頂措施，推采期間，在回風(fēng)巷超前區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重巷道變形和漏頂、壓架等動(dòng)力現(xiàn)象。由于未采取斷頂措施，上覆堅(jiān)硬巖層的“蓄能”能力依然較強(qiáng)，在二次見(jiàn)方的作用下，導(dǎo)致了頂板動(dòng)壓顯現(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生。

5.2 周期來(lái)壓強(qiáng)度分析

1103工作面一次見(jiàn)方期間支架工作阻力情況如圖7所示。

圖7 1103工作面一次見(jiàn)方期間支架工作阻力曲線

由圖7可以看出，工作面在一次見(jiàn)方影響區(qū)域推采期間，即1月5日—1月12日(距切眼201～278 m)，由于之前在此處進(jìn)行了爆破斷頂，周期來(lái)壓顯現(xiàn)均不明顯，來(lái)壓期間的支架工作阻力明顯低于未爆破區(qū)域。表明爆破斷頂促進(jìn)了頂板裂隙發(fā)育，達(dá)到了人為控制頂板活動(dòng)、降低周期來(lái)壓能量的目的。

5.3 鉆孔窺視分析

為校驗(yàn)1103回風(fēng)巷爆破斷頂預(yù)裂效果，采用YF1407型多功能鉆孔探測(cè)儀對(duì)效果觀測(cè)孔進(jìn)行了鉆孔窺視。鉆孔不同深度處裂隙發(fā)育情況如圖8所示。

圖8 鉆孔不同深度處裂隙發(fā)育情況

通過(guò)鉆孔探測(cè)儀探測(cè)發(fā)現(xiàn)，孔內(nèi)裂隙發(fā)育明顯，有效斷頂直徑超過(guò)了6 m，其中距孔口23 m處出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，說(shuō)明該位置巖體受爆破斷頂沖擊影響最大，裂隙得到充分貫通、發(fā)育。

5.4 微震數(shù)據(jù)分析

對(duì)工作面推采進(jìn)入斷頂區(qū)域前后的微震活動(dòng)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示。

圖9 微震能量趨勢(shì)分析

由圖9可知，進(jìn)入斷頂區(qū)域后，微震活動(dòng)整體減弱，但受三次見(jiàn)方影響，局部區(qū)域微震活動(dòng)有所波動(dòng)，由于采取了斷頂措施，三次見(jiàn)方區(qū)域大能量微震波動(dòng)持續(xù)時(shí)間短，且未對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成破壞。

6 結(jié)論

(1)1103工作面一次見(jiàn)方、二次見(jiàn)方、三次見(jiàn)方階段，均表現(xiàn)出明顯的頂板壓力增大、煤炮增多等動(dòng)力現(xiàn)象，微震活動(dòng)也表現(xiàn)出頻次和能量升高的特征。見(jiàn)方影響范圍為見(jiàn)方前75 m至見(jiàn)方后51 m，一次見(jiàn)方對(duì)動(dòng)壓顯現(xiàn)的影響最大，往后依次減弱，三次見(jiàn)方以后的見(jiàn)方影響可忽略不計(jì)。

(2)通過(guò)微震活動(dòng)分析，在工作面見(jiàn)方位置，頂板裂隙持續(xù)向上發(fā)育，頂板活動(dòng)依次向前后兩側(cè)輻射，并逐漸遞減。

(3)通過(guò)采取深孔爆破斷頂措施，周期來(lái)壓的強(qiáng)度顯著降低，表明爆破斷頂促進(jìn)了頂板裂隙發(fā)育，達(dá)到了人為控制頂板活動(dòng)、降低周期來(lái)壓能量的目的。

(4)經(jīng)鉆孔窺視分析，爆破斷頂有效范圍超過(guò)了6 m，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)目的巖層的有效預(yù)裂。

(5)在未采取爆破斷頂措施的1102工作面一次見(jiàn)方及1103工作面二次見(jiàn)方區(qū)域，均出現(xiàn)了不同程度的動(dòng)壓顯現(xiàn)，對(duì)安全生產(chǎn)造成了較大影響，而采取了爆破斷頂措施的1103工作面一次見(jiàn)方、三次見(jiàn)方區(qū)域，則未出現(xiàn)動(dòng)壓顯現(xiàn)，表明深孔爆破斷頂對(duì)于見(jiàn)方階段動(dòng)壓災(zāi)害防治、巷道穩(wěn)定性維護(hù)效果明顯，并起到了關(guān)鍵性作用

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