沈 偉 張運國 韓云增

（1.中國中煤能源集團有限公司，北京 100120；2.山東能源棗礦集團七五生建煤礦，山東 微山 277600）

煤體應(yīng)力監(jiān)測是通過傳感器對煤巖體內(nèi)部應(yīng)力變化進行監(jiān)測，以確定煤巖體中支承壓力相對大小，是測量因采動影響煤層或巖層內(nèi)部應(yīng)力場變化、研究采場動壓作用規(guī)律的重要手段之一。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)整理、繪制煤巖體內(nèi)部應(yīng)力變化曲線，預(yù)測、預(yù)報煤巖體內(nèi)支承壓力變化規(guī)律，為制定動力災(zāi)害防治方案提供科學依據(jù)。但是在工程實踐中，由于煤體應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)量大，趨勢性變化與個性化突變并存，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析缺乏系統(tǒng)性，距離指導工程實踐仍有差距?；诿后w應(yīng)力監(jiān)測在回采工作面動力災(zāi)害防治中的重要作用，2018年開展了田陳煤礦3下7123工作面沖擊地壓防治工作研究，以該工作面應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從工程實踐應(yīng)用的角度，分析了44個應(yīng)力測點150119個監(jiān)測數(shù)據(jù)，給出了幾種煤體應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)用實例，以供借鑒。

1 超前支承應(yīng)力影響范圍確定

回采工作面超前支承應(yīng)力影響范圍是決策超前支護距離的重要因素，煤體應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠直觀反映煤體應(yīng)力變化趨勢。以田陳煤礦3下7123綜采工作面為例，該面兩巷均安裝了煤體應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，以工作面推采位置與煤體應(yīng)力傳感器距離為橫坐標，煤體應(yīng)力傳感器數(shù)據(jù)為縱坐標，繪制46個測點對應(yīng)關(guān)系曲線如圖1所示。根據(jù)圖1可以看出，在超前工作面75m位置，部分應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)緩慢上升趨勢，89%的應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù)均在超前工作面40m位置附近開始發(fā)生明顯波動，僅有37#、38#、42#、44#、45#測點在超前工作面40m以外出現(xiàn)明顯波動。結(jié)合礦壓理論分析認為，該工作面超前支承應(yīng)力集中范圍主要分布在超前40m范圍內(nèi)，因此工作面超前加強支護距離不應(yīng)小于40m。

圖1 超前支承應(yīng)力演變監(jiān)測曲線圖

2 動力災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警值確定

目前應(yīng)力監(jiān)測預(yù)警指標多選用應(yīng)力值，監(jiān)測數(shù)據(jù)超過某一應(yīng)力值時即進行沖擊危險預(yù)警。但是在實際應(yīng)用中，往往只制定一個預(yù)警指標，沒有將超前支承應(yīng)力影響區(qū)與動壓擾動影響區(qū)區(qū)別。實踐過程中，應(yīng)力監(jiān)測頻繁預(yù)警，人為制造了沖擊地壓災(zāi)害恐慌氣氛，增加了工程量。因此，筆者結(jié)合工程實踐應(yīng)用，將每類指標選取分為兩個區(qū)間，通過不同區(qū)間應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)變化進行綜合預(yù)警。

煤體應(yīng)力最大值統(tǒng)計按照兩個區(qū)間，分為超前支承應(yīng)力影響范圍內(nèi)及超前支撐應(yīng)力影響范圍外。以田陳煤礦3下7123綜采工作面為例，在超前支承應(yīng)力影響范圍內(nèi)，以1MPa為區(qū)間，統(tǒng)計44個有效煤體應(yīng)力傳感器最大值在每個區(qū)間內(nèi)個數(shù)，以煤體應(yīng)力傳感器數(shù)據(jù)為橫坐標，以統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)最大值個數(shù)為縱坐標，繪制對應(yīng)關(guān)系曲線如圖2（a）所示。在超前支承應(yīng)力影響范圍外，動壓擾動影響區(qū)內(nèi)以1MPa為區(qū)間，統(tǒng)計45個有效煤體應(yīng)力傳感器最大值在每個區(qū)間內(nèi)個數(shù)，以煤體應(yīng)力傳感器數(shù)據(jù)為橫坐標，以統(tǒng)計區(qū)間內(nèi)最大值個數(shù)為縱坐標，繪制對應(yīng)關(guān)系曲線如圖2（b）所示。結(jié)合不同影響區(qū)內(nèi)最大應(yīng)力監(jiān)測分布圖所示曲線，以明顯非對稱突變點作為主要參考指標，結(jié)合餅狀圖不同區(qū)間最大應(yīng)力占比，超前支承應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)最大應(yīng)力監(jiān)測預(yù)警值取10MPa，動壓擾動影響區(qū)內(nèi)最大應(yīng)力監(jiān)測預(yù)警值取8MPa。由于上述監(jiān)測預(yù)警指標是在數(shù)據(jù)統(tǒng)計基礎(chǔ)上選取的，實際應(yīng)用中還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場動壓顯現(xiàn)情況及應(yīng)力與震動對應(yīng)情況等及時調(diào)整實際預(yù)警值，但調(diào)整后的預(yù)警值不應(yīng)高于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析預(yù)警值。另外，還可以參考此方法，對應(yīng)確定應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)小時內(nèi)增速預(yù)警值。

圖2 不同影響區(qū)內(nèi)最大應(yīng)力監(jiān)測分布圖

3 工程實踐應(yīng)用

圍繞監(jiān)測數(shù)據(jù)分析成果工程實踐應(yīng)用，田陳煤礦3下7123工作面與3下7118工作面超前支護均設(shè)計采用三排單體液壓支柱，超前支護距離40m，有效維護了回采工作面安全出口，頂?shù)装逡平靠刂圃诹?00mm以內(nèi)，取得了較好的效果。同時，根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，分區(qū)域多次進行沖擊危險預(yù)警，指導開展了大孔徑鉆孔預(yù)卸壓措施，在杜絕沖擊地壓事故發(fā)生的前提下，避免了超前支承應(yīng)力集中區(qū)頻繁預(yù)警，大幅減少了沖擊危險預(yù)警次數(shù)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)煤體應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，確定了工作面超前支承應(yīng)力集中區(qū)分布在距離工作面0～40m范圍內(nèi)，峰值區(qū)在距離工作面5～15m范圍內(nèi),并根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計工作面超前支護距離。

（2）根據(jù)不同位置不同測點煤體應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)最大值分布區(qū)間，確定了不同區(qū)域沖擊危險應(yīng)力預(yù)警值,超前支承應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)最大應(yīng)力監(jiān)測預(yù)警值取10MPa，動壓擾動影響區(qū)內(nèi)最大應(yīng)力監(jiān)測預(yù)警值取8MPa。

由于上述結(jié)論是基于工程實踐應(yīng)用，更多的是集中在工作面，對于類似條件相鄰工作面具有較為顯著的實際意義。但是，對于非臨近區(qū)域及類似地質(zhì)開采條件的回采工作面，其數(shù)據(jù)不具備普適性，讀者可以借鑒本文數(shù)據(jù)分析方法，劃定超前支承應(yīng)力集中范圍，結(jié)合現(xiàn)場動壓顯現(xiàn)及應(yīng)力與震動對應(yīng)情況等，確定不同沖擊危險預(yù)警值。