張傳寧，楊 永，張勝功

（山東能源集團(tuán)鮑店煤礦，山東 鄒城 273513）

1 鮑店煤礦5312工作面概況

1.1 工作面位置及四鄰關(guān)系

5312工作面位于3煤層，與之相鄰的5311工作面2010年完成回采，南部一采區(qū)1303工作面也已經(jīng)回采，東北部以鋪?zhàn)訑鄬訛椴蓞^(qū)邊界。工作面北起5312切眼①，東部緊鄰五采區(qū)邊界線，西部距5311采空區(qū)3.5 m；南至5312設(shè)計(jì)停采線，距五采第四皮帶上山59.4 m，與5311綜放工作面停采線停齊；西至5312膠運(yùn)順槽，與5311采空區(qū)相鄰；東至5312輔運(yùn)順槽，臨近鋪?zhàn)訑鄬?。工作面共開3個(gè)切眼，面長(zhǎng)分別為60 m，120 m和222 m，對(duì)應(yīng)推進(jìn)長(zhǎng)度為174 m、190 m和112 m，煤層底板標(biāo)高為-497～-450 m，地表高度為+43.44～+43.9 m。

1.2 煤層概況

5312工作面煤層厚度8.08～9.73 m，平均8.65 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層硬度系數(shù)f=2.9。工作面煤層走向150°～162°、傾向60°～72°、煤層傾角2°～15°。工作面最低點(diǎn)位于5312輔運(yùn)順槽③靠近切眼①位置。巷道布置如圖1所示。

1.3 煤層頂?shù)装鍡l件

5312工作面直接頂為粉砂巖，厚度3.56 m，節(jié)理較發(fā)育、易破碎；老頂為粉細(xì)砂巖互層，厚度8.47 m，堅(jiān)硬致密、以細(xì)砂巖為主。直接底不發(fā)育；老底以細(xì)砂巖為主，夾粉砂巖條帶，厚度18.43 m，經(jīng)鑒定煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性。

2 工作面沖擊危險(xiǎn)性影響因素

2.1 煤層埋深

深部開采煤層的地應(yīng)力是影響沖擊地壓的主要因素，煤層平均垂直應(yīng)力分量接近與埋深成正比，即埋深越大，地應(yīng)力越高。5312工作面煤層埋深493.9～540.4 m，垂直應(yīng)力可達(dá)到10.0～13.5 MPa，對(duì)沖擊地壓的影響極大。

2.2 采動(dòng)影響

煤層的采動(dòng)導(dǎo)致周邊圍巖應(yīng)力擾動(dòng)，導(dǎo)致巖體應(yīng)力急劇增加，尤其是在回采工作面附近的暴露面積較大，導(dǎo)致回采區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象[1]。5312工作面回采時(shí)在5311采空區(qū)一側(cè)形成應(yīng)力集中區(qū)，鋪?zhàn)訑鄬右粋?cè)，工作面超前區(qū)域在切眼①推進(jìn)過程中應(yīng)力集中程度低，回采至切眼②位置，工作面對(duì)接區(qū)域應(yīng)力集中現(xiàn)象更為顯著。工作面回采過切眼②后，鋪?zhàn)訑鄬右粋?cè)煤柱呈孤島形態(tài)，超前支承壓力疊加較大，切眼③在開采過程中的應(yīng)力集中現(xiàn)象最為明顯[2]。

2.3 斷層構(gòu)造影響區(qū)域

5312工作面臨近鋪?zhàn)訑鄬?，工作面回采過程中，斷層區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力集中，對(duì)工作面回采有一定影響。5312工作面順槽靠近鋪?zhàn)訑鄬?，在切眼①推進(jìn)過程中應(yīng)力集中程度低，影響范圍小，鋪?zhàn)訑鄬佑绊懮胁伙@著。在向切眼②推進(jìn)過程中，采空區(qū)后方保護(hù)煤柱易發(fā)生應(yīng)力集中問題，工作面前方的斷層保護(hù)煤柱應(yīng)力集中明顯。工作面對(duì)接后，輔運(yùn)順槽遠(yuǎn)離鋪?zhàn)訑鄬?，保護(hù)煤柱寬度變大，區(qū)域應(yīng)力集中會(huì)有所降低，但是隨著采空區(qū)增大，保護(hù)煤柱由于斷層變成較大區(qū)域的孤島，會(huì)受到頂板傳遞過來的應(yīng)力影響。

2.4 工作面對(duì)接區(qū)域

5312工作面由切眼①向南開采，開采至切眼②進(jìn)行對(duì)接，切眼②與切眼③對(duì)接，由于不規(guī)則工作面的存在，應(yīng)力集中程度會(huì)提高，該區(qū)域采動(dòng)應(yīng)力高，容易引發(fā)較強(qiáng)的礦壓顯現(xiàn)[3-4]。

2.5 側(cè)向支承壓力

5311工作面已開采，煤體上方直接頂垮落，老頂回轉(zhuǎn)下沉觸矸，上覆巖層冒落時(shí)間較長(zhǎng)，經(jīng)過沉降逐漸趨于穩(wěn)定，經(jīng)過充水軟化，應(yīng)力降低。5312工作面膠運(yùn)順槽沿空掘巷并留設(shè)小煤柱，可減小側(cè)向支承壓力影響[5-6]。

2.6 開切眼、停采線影響區(qū)域

設(shè)計(jì)工作面的開切眼與停采線對(duì)齊，有利于減少相鄰開采造成的應(yīng)力集中。5312工作面切眼內(nèi)錯(cuò)于5311工作面，停采線對(duì)齊于5311工作面停采線，有利于降低沖擊危險(xiǎn)。

2.7 老頂破斷影響區(qū)域

從能量條件來看，老頂破斷前會(huì)使前方煤巖體中積聚彈性能，破斷時(shí)易導(dǎo)致動(dòng)力顯現(xiàn)。應(yīng)考慮5312工作面老頂初次破斷、見方區(qū)域的沖擊危險(xiǎn)。

3 鮑店煤礦5312工作面沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

影響沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的因素較多，其中煤層埋深導(dǎo)致的垂直應(yīng)力狀態(tài)和煤巖體的自身強(qiáng)度特征是影響到?jīng)_擊地壓最為關(guān)鍵的因素[7-9]。鮑店煤礦通過采取可能性指數(shù)診斷法對(duì)5312工作面的沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括：

1）計(jì)算采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律和測(cè)試煤巖體的沖擊傾向性。

2）分別計(jì)算應(yīng)力和沖擊傾向性對(duì)沖擊地壓的影響，并得出各自對(duì)應(yīng)的“沖擊地壓事件”隸屬度值，并計(jì)算沖擊可能性指數(shù)。

3）根據(jù)可能性指數(shù)對(duì)標(biāo)檢查判斷工作面沖擊地壓的可能性。

3.1 采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律

采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)最大動(dòng)載荷Ec的計(jì)算公式（1）如下：

式中：k為應(yīng)力集中系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在背斜翼部以及斷層的影響瞬時(shí)動(dòng)應(yīng)力集中系數(shù)k取值2.5；γ為單位深度載荷值，取值0.02 MPa/m；H為煤層埋深，5312工作面采煤深度最大值為540 m左右，取值540 m。

則按照公式計(jì)算得出Ec=2.5×540 m×0.02 MPa/m=27.0 MPa。

3.2 煤巖體的沖擊傾向性

經(jīng)鑒定5312工作面所在的3號(hào)煤層具有強(qiáng)沖擊傾向性，鑒定結(jié)果表明煤層的彈性能量指數(shù)Wet＝15.8。

3.3 隸屬度計(jì)算

應(yīng)力對(duì)應(yīng)“沖擊地壓事件”隸屬度Uk公式（2）如下所示：

式中：Ic=Ec/σc=27.0 MPa/26 MPa=1.04。對(duì)照公式（2），得出采動(dòng)應(yīng)力對(duì)應(yīng)“沖擊地壓事件”隸屬度UIc=0.54。

沖擊傾向性對(duì)對(duì)應(yīng)“沖擊地壓事件”隸屬度公式（3）如下所示：

式中：Wet為彈性能量指數(shù)，5312工作面Wet=15.8（依據(jù)煤層沖擊傾向性鑒定結(jié)果）。對(duì)照上式，得出沖擊傾向性對(duì)應(yīng)“沖擊地壓事件”隸屬度UWet=1。

3.4 沖擊地壓發(fā)生的可能性對(duì)標(biāo)檢查

沖擊地壓發(fā)生可能性評(píng)價(jià)指標(biāo)表如表1所示。經(jīng)計(jì)算得5312工作面沖擊地壓的可能性指數(shù)U=0.75，對(duì)照表1，得出該工作面的沖擊地壓可能性指數(shù)為“可能”。

表1 沖擊地壓發(fā)生可能性評(píng)價(jià)指標(biāo)

4 工作面巷道危險(xiǎn)區(qū)域評(píng)價(jià)

4.1 膠運(yùn)順槽多因素耦合沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

5312工作面膠運(yùn)順槽沿5311采空區(qū)布置，中間留設(shè)3.5 m煤柱，隨工作面開采，側(cè)向應(yīng)力將作用于膠運(yùn)順槽，由于膠運(yùn)順槽一側(cè)長(zhǎng)期處于浸泡狀態(tài)，煤體沖擊傾向減弱，有利于工作面防沖?？紤]局部區(qū)域受到工作面V-F208斷層、V-F209斷層、一次見方等疊加影響，相應(yīng)區(qū)域在回采期間存在弱沖擊危險(xiǎn)。

4.2 輔運(yùn)順槽多因素耦合沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

輔運(yùn)順槽①沿3號(hào)煤底板掘進(jìn)，靠近切眼③位置臨近鋪?zhàn)訑鄬?，回采時(shí)會(huì)受到斷層的明顯影響，以及頂板斷裂等影響，輔運(yùn)順槽存在弱沖擊危險(xiǎn)?；夭芍镣２删€附近，輔運(yùn)順槽的聯(lián)合巷由于部分區(qū)域存在底煤，會(huì)受到采動(dòng)影響，因此靠近停采線110 m方位內(nèi)存在弱沖擊危險(xiǎn)。

輔運(yùn)順槽②和輔運(yùn)順槽③沿3號(hào)煤底板掘進(jìn)，靠近切眼位置臨近鋪?zhàn)訑鄬?，回采時(shí)受頂板斷裂的疊加影響，區(qū)域存在弱沖擊危險(xiǎn)。

4.3 切眼多因素耦合沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

5312工作面由切眼①向南開采，開采至切眼②進(jìn)行對(duì)接，由于不規(guī)則工作面該區(qū)域受采動(dòng)應(yīng)力應(yīng)力的疊加影響，切眼②位置存在弱沖擊危險(xiǎn)，由于不規(guī)則工作面區(qū)域存在孤島工作面，切眼③位置存在弱沖擊危險(xiǎn)。

5 結(jié)語

1）通過采取可能性指數(shù)診斷法對(duì)5312工作面開展沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，得出該工作面具備“可能”發(fā)生沖擊地壓的條件。

2）工作面膠運(yùn)順槽臨近5311采空區(qū)，煤柱承載力降低，應(yīng)加強(qiáng)沿空巷道的礦壓監(jiān)測(cè)。工作面輔運(yùn)順槽臨近鋪?zhàn)訑鄬樱毟鶕?jù)揭露斷層情況及時(shí)修正鋪?zhàn)訑鄬拥慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)，必要時(shí)重新評(píng)估斷層影響。

3）在實(shí)際開采過程中要根據(jù)影響因素的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整沖擊危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)和防沖技術(shù)參數(shù)，做好順槽超前支護(hù)相應(yīng)措施。