李 欽 王懷虎

（兗煤礦業(yè)工程有限公司，山東 鄒城 273500）

隨著煤炭資源的開(kāi)采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，沖擊地壓發(fā)生的可能性也顯著增大。針對(duì)沖擊地壓的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究[1-2]。

1 工作面概況

工作面位于221盤(pán)區(qū)西部，也是本礦井第一個(gè)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(hù)煤柱，北到吉祥福慧寺保護(hù)煤柱邊界，東為221上01工作面。工作面傾向長(zhǎng)330m，走向長(zhǎng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，大部分含1～2層泥巖夾矸，煤層普氏系數(shù)(f)一般在1.71左右。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

2 沖擊地壓危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)方案

石拉烏素礦井煤層埋藏較深，壓力大，掘進(jìn)過(guò)程中煤炮頻繁，順槽施工和工作面回采期間必須進(jìn)行沖擊地壓監(jiān)測(cè)，為保證施工過(guò)程中的安全，根據(jù)其地質(zhì)特點(diǎn)決定采用鉆屑法監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)煤體沖擊危險(xiǎn)，從而對(duì)工作面進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性評(píng)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?shù)装迩闆r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(jìn)期間監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在回風(fēng)順槽，監(jiān)測(cè)孔眼深均為14m，鉆孔直徑42mm，監(jiān)測(cè)孔布置在煤層中，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)由于地質(zhì)條件影響，巖石中無(wú)法打監(jiān)測(cè)孔時(shí)，調(diào)整監(jiān)測(cè)孔位置，監(jiān)測(cè)孔必須在煤層中施工，距巷道底板1.5m左右。監(jiān)測(cè)孔布置圖如圖2所示。

掘進(jìn)過(guò)程中，每掘進(jìn)14m，迎頭施工一個(gè)監(jiān)測(cè)鉆孔，西幫每30m施工一組監(jiān)測(cè)孔，一組施工兩個(gè)監(jiān)測(cè)鉆孔，監(jiān)測(cè)鉆孔距迎頭的距離分別為15m、30m。東幫每施工10m施工一個(gè)監(jiān)測(cè)鉆孔，監(jiān)測(cè)鉆孔距離迎頭的距離為10m。掘進(jìn)過(guò)程中遇斷層、構(gòu)造帶時(shí)，斷層前后10m在巷道兩幫各施工1組監(jiān)測(cè)鉆孔，一組2個(gè)鉆孔，眼深14m，間距15m，第一個(gè)鉆孔布置在距斷層面5m位置處。

圖2 監(jiān)測(cè)鉆孔布置示意圖

2.2 工作面回采期間監(jiān)測(cè)方案

工作面回采過(guò)程中，通過(guò)施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)沖擊地壓監(jiān)測(cè)，兩順槽每隔25m施工一個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站安裝兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，深度分別為12m和7m，間距為2m，測(cè)站隨工作面推進(jìn)往前挪移，確保安全監(jiān)測(cè)距離不小于200m。鉆屑法煤粉監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)孔深14m。

在工作面回風(fēng)順槽內(nèi)幫和膠帶順槽內(nèi)幫，超前150m范圍內(nèi)進(jìn)行煤粉監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)孔布置在應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反映的高應(yīng)力區(qū)域，每天早班監(jiān)測(cè)一次，應(yīng)力較低、動(dòng)力現(xiàn)象較弱時(shí)，第一天在超前工作面60m布置監(jiān)測(cè)孔，第二天在超前70～150m范圍內(nèi)布置監(jiān)測(cè)孔。

3 沖擊危險(xiǎn)性評(píng)估

對(duì)221上17工作面沖擊危險(xiǎn)性評(píng)估必須具有針對(duì)性，主要采用綜合指數(shù)法和可能性指數(shù)診斷法。

3.1 綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)

綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)用于對(duì)工作面沖擊地壓危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便正確地認(rèn)識(shí)沖擊地壓對(duì)礦井生產(chǎn)的威脅[4-5]。其核心表達(dá)式為：

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

由此可見(jiàn)，221上17開(kāi)采工作面的沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定綜合指數(shù)Wt=0.44，屬于弱沖擊危險(xiǎn)性。

3.2 可能性指數(shù)診斷法評(píng)價(jià)

應(yīng)力狀態(tài)和煤巖體的性質(zhì)是發(fā)生沖擊地壓最主要的因素。因此，采用沖擊地壓發(fā)生的可能性指數(shù)診斷法為基本方法進(jìn)行綜合研究[6]。

（1）測(cè)試和計(jì)算煤巖體的沖擊傾向性

煤層的彈性能量指數(shù)Wet=1.27。

（2）計(jì)算應(yīng)力和沖擊傾向性各自對(duì)“發(fā)生沖擊地壓”事件的隸屬度

應(yīng)力對(duì)“發(fā)生沖擊地壓”事件的隸屬度計(jì)算公式為：

應(yīng)力隸屬度

式中：

Ic=kγH/σc，在 221上17 工作面應(yīng)力集中區(qū)域，k=2.0，Ic=23.5MPa/7.63MPa= 3.0。

即采動(dòng)應(yīng)力對(duì)“發(fā)生沖擊地壓”事件的隸屬度為：

沖擊傾向性對(duì)“發(fā)生沖擊地壓”事件的隸屬度計(jì)算公式為：

傾向性隸屬度

式中：

Wet-彈性能指數(shù)。

工作面Wet為1.27。

（3）計(jì)算沖擊地壓發(fā)生的可能性指數(shù)

（4）診斷某一點(diǎn)沖擊地壓發(fā)生的可能性

根據(jù)表2，初步確定某一點(diǎn)沖擊地壓發(fā)生的可能性。

表2 沖擊地壓發(fā)生可能性評(píng)價(jià)指標(biāo)

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

4 沖擊地壓防治

4.1 兩巷超前支護(hù)

（1）回風(fēng)順槽沖擊地壓區(qū)域超前支護(hù)

回風(fēng)順槽沖擊地壓區(qū)域超前支護(hù)距離不小于60m?？拷醒厶幉贾?組順槽支架支護(hù)距離20m，順槽支架外離內(nèi)幫2.0m布置1路單體液壓支柱支護(hù)距離40m，單體間距2m，確?？傊ёo(hù)距離不小于60m。

（2）膠帶順槽沖擊地壓區(qū)域超前支護(hù)

膠帶順槽沖擊地壓區(qū)域超前支護(hù)距離不小于60m?？拷醒厶幉贾?組順槽支架支護(hù)距離20m，順槽支架外沿轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)外沿200mm布置1路單體液壓支柱支護(hù)距離40m，單體間距2m，確?？傊ёo(hù)距離不小于60m。

4.2 鉆孔卸壓

在掘進(jìn)、回采期間實(shí)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(nèi)幫進(jìn)行施工，間距2.0m，當(dāng)采用2.0m間距無(wú)法完全釋放應(yīng)力進(jìn)行解危時(shí)，將孔間距改為1.0m，進(jìn)行密集排煤粉卸壓。

4.3 礦壓觀測(cè)

加強(qiáng)礦壓觀測(cè)，掌握工作面周期來(lái)壓規(guī)律，提前預(yù)測(cè)來(lái)壓位置，確定采動(dòng)影響范圍及支撐壓力分布變化規(guī)律提前采取防范措施。

依據(jù)工作面地質(zhì)、周邊狀況以及相鄰礦井在開(kāi)采過(guò)程中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為工作面的頂板管理和支護(hù)狀態(tài)、強(qiáng)度及安全提供合理的支護(hù)參數(shù)。

5 結(jié)論

（1）根據(jù) 221上17工作面地質(zhì)因素和開(kāi)采技術(shù)因素，利用綜合指數(shù)法計(jì)算出了221上17開(kāi)采工作面的沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定綜合指數(shù)Wt=0.44，屬于弱沖擊危險(xiǎn)性。

（2）根據(jù)可能性指數(shù)診斷法評(píng)價(jià)，221上17工作面沖擊地壓發(fā)生的可能性指數(shù)U=0.82，具備了能夠發(fā)生沖擊地壓的應(yīng)力條件。

（3）221上17工作面掘進(jìn)、回采期間采用煤體大直徑鉆孔卸壓、爆破卸壓等措施，設(shè)立防沖機(jī)構(gòu)加強(qiáng)管理，制定并嚴(yán)格實(shí)施防沖規(guī)章制度，有效防治沖擊地壓。