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［摘要］對不規則工作面進行多因素耦合的沖擊礦壓危險性分析，得到了該工作面的沖擊危險性，并找出了危險區域。采用數值模擬方法，研究該不規則工作面的應力演化規律，發現斷層及拐角煤柱附近應力明顯高于其他區域。針對該工作面的不同危險區域及應力分布規律，提出沖擊礦壓綜合防治技術。首先采用微震系統、鉆屑法等預警技術對礦井進行整體和局部監測；然后采用煤層注水，大直徑深孔卸壓，深孔卸壓爆破等技術對危險區域進行解危處理，有效地避免了沖擊礦壓災害的發生。

［關鍵詞］沖擊礦壓；危險性分析；危險區域；應力分布；監測與防治

1工作面概況

某煤礦3上1110工作面，位于-600m水平，工作面標高-500.1～-592.1m，為半孤島工作面。工作面走向長度1614m，傾斜長度108~174m，煤層厚3.6~7.0m，平均5.1m，傾角5°～25°，平均14°，地質條件復雜，揭露斷層54條，其中H≥2.0m的斷層共27條。工作面偽頂為厚0.5m的泥巖，直接頂為厚6.6m的粉砂巖，老頂為厚79m的中、細粒砂巖。為回避斷層影響，采用不規則工作面開采，布置有運輸平巷、材料平巷、材料聯絡巷、聯絡巷導硐和運輸聯絡巷。

2沖擊礦壓危險性分析及區域劃分

2.1危險性分析3上1110工作面揭露斷層較多，地質構造復雜，在回采初期，采取縮短工作面傾向長度的方法規避斷層對工作面的影響。使工作面傾向長度在恢復正常的過程中，面臨“拐角煤柱”、斷層和厚硬頂板耦合作用產生的應力集中的影響，易誘發沖擊礦壓。對3上1110工作面的地質條件因素和開采技術因素進行綜合分析，評定其沖擊礦壓危險性［1］。其中影響因素主要包括：（1）開采深度的影響。3上1110工作面開采深度在530~630m。據統計，當開采深度為350m＜H＜500m時，在一定程度上，沖擊危險程度逐步增加。因此，該工作面具備發生沖擊礦壓的深度條件。（2）頂板巖層結構特征。3上煤層直接頂巖性為粉細砂巖，厚20.5m左右；老頂為粗、中砂巖，厚約79m；上覆礫巖厚106~198m，平均158m。上覆厚堅硬巖層容易形成懸臂梁，使臨近煤體聚積大量彈性能。工作面采掘擾動時，會誘發彈性能突然釋放，厚且堅硬巖層發生斷裂或滑移而引起礦震，極可能誘發沖擊災害［3］。（3）煤的沖擊傾向性。3上煤層沖擊礦壓傾向性為強沖擊傾向，頂板沖擊礦壓傾向性為弱沖擊傾向。（4）構造影響。斷層：該工作面揭露斷層54條，其中斷層H≥2.0m共27條，其中材3、f90、FD3斷層在運輸巷揭露落差分別為3.6、5.0、2.5~7.0m，FD4斷層在材料巷及01探巷揭露落差為8.0~16m，FD1斷層、FD2斷層、FD1-1斷層為面內的隱伏斷層在面內延展長度分別為200、800、300m，對回采影響較大。（5）開采因素的影響。3上1110工作面上部為回采完畢的工作面，采空區面積大，地表沉陷基本穩定，大采深、強沖擊條件下的采區深部工作面隨著采空區的逐漸加大，頂板關鍵巖層活動強度隨之增大，因此開采因素對工作面發生沖擊礦壓危險的影響比較大。且3上1110屬于不規則工作面，工作面的開切眼及停采線等區域不對齊，極易造成局部多倍甚至十幾倍的應力集中，沖擊危險程度急劇升高［3］。通過計算可得，工作面地質因素及開采技術條件影響下的沖擊礦壓危險性指數Wt=0.74，具有強沖擊危險性，主要影響因素為堅硬厚巖層、開采深度、煤層物理性質［1］。

2.2危險區域劃分根據工作面沖擊礦壓危險性的多因素耦合評價，將3上1110工作面沖擊礦壓危險區劃分為：一般危險區4個，中度危險區2個，高度危險區2個。針對不同危險區域，應采用不同的方法來預防沖擊礦壓發生［2］。

3工作面應力演化規律

采煤工作面推進距離不同時，覆巖結構特征不同，在其自重壓力和采動影響共同作用下，工作面應力分布規律存在差異性。另一方面，工作面受“拐角煤柱”、斷層和厚硬頂板的耦合作用，基本頂和直接頂結構特征及受力特點不同，引起工作面應力分布規律不同。采用FLAC3D三維數值模擬軟件，對不規則工作面不同推采進度時的應力分布規律進行了模擬研究［4-6］。

4沖擊礦壓監測及防治技術

該礦具有強沖擊危險性，在工作面回采時，需要對礦井進行全方位監測。采用KJ551微震系統進行全局監測，鉆屑法進行局部監測，KJ550系統對沖擊礦壓進行臨場監測［7-9］。采用煤層注水，大直徑深孔卸壓，深孔卸壓爆破技術等方法對沖擊礦壓危險區域進行解危處理，綜合防治沖擊礦壓災害［10-12］。4.1沖擊礦壓綜合監測系統（1）KJ551微地震監測系統整體監測。系統設備包括高精度（三分量）傳感器、SAT微地震監測分站、井下UTC控制單元、KJ551微地震監測主機和數據存儲與處理主機等部分。將微地震檢波器安裝在測區內，接收震動信號，傳輸至井下微地震監測分站SAT，SAT分站將信號傳輸至UTC控制器位置，之后傳輸至地面數據采集主機，最后傳輸至數據存儲及處理主機進行微地震事件的定位分析與多方位展示。（2）鉆屑法局部監測。在運輸平巷和材料平巷，距離煤層底板1m左右處，垂直于巷道壁、平行于煤層布置42~50mm鉆孔。第一個鉆孔距離工作面煤壁5m，孔間距5m。鉆孔布置如圖5所示。通過鉆孔時的沖擊聲響、純鉆進時間變化、鉆孔沖擊、鉆粉率指數等指標，判斷是否有發生沖擊礦壓的危險。（3）KJ550煤礦沖擊礦壓監測系統。根據3上1110工作面深部沖擊危險性評價結果，采區工作面在推采中應布置KJ550煤礦沖擊礦壓監測系統，進行沖擊礦壓的臨場預報。應力測點在兩平巷內自工作面前方30m開始布置，每20m一組，每組2個，埋設深度分別為8、14m，組間2個測點間距1.5~2m。鉆孔直徑42~45mm，距離巷道底板0.5~1.5m，垂直煤體施工。4.2沖擊礦壓防治技術（1）煤層注水。注水孔孔間距為15m（根據注水擴散半徑確定），孔徑50mm，孔的仰俯角按鉆孔位置處煤層賦存情況確定。利用靜壓注水，注水壓力不小于2.5MPa。注水超前距離為40m，超前時間為15d；注水后，煤體含水率增加不小于2.66%，煤層總水份不小于4%。（2）大直徑深孔卸壓技術。當鉆孔布置在運輸巷下幫時，鉆孔俯角沿煤層傾斜向下布置，孔口距底板1.0~1.5m；布置在材料巷上幫時，鉆孔仰角沿煤層傾斜向上布置，孔口距底板0.8~1.0m；孔徑78~108mm，孔深15m，間距1.5~2.0m。（3）深孔爆破卸壓技術［11］。小鉆孔卸壓爆破時，鉆孔布置在運輸巷下幫時，鉆孔俯角沿煤層傾斜向下布置，孔口距底板0.5~1.0m；鉆孔布置在材料巷上幫時，鉆孔仰角沿煤層傾斜向上布置，孔口距底板0.8~1.0m；卸壓孔深9m，間距5m。當小鉆孔卸壓不能解除沖擊危險時，對預報沖擊危險區域可實施頂、底板孔卸壓解危。鉆孔孔間距1.6m，每組2個孔，頂板孔為仰角+38°，孔深30m；底板孔俯角為-45°，孔深為30m；每次施工5組，共計10個卸壓孔。炸藥使用二級煤礦許用水膠炸藥。在采用上述方法治理后，及時利用煤粉監測孔等監測手段對卸壓效果進行檢驗，當綜合分析檢驗指標符合要求后，工作面方可進行開采，否則繼續進行卸壓治理，直至消除沖擊危險。

5結論

（1）對3上1110不規則工作面的地質條件及開采技術條件進行綜合分析，計算出其危險性指數為0.74，屬于強沖擊危險性礦井，需要提前采取防治措施才能保證安全生產。（2）根據工作面沖擊礦壓危險性的多因素耦合評價，將3上1110工作面沖擊礦壓危險區劃分為：一般危險區4個，中度危險區2個，高度危險區2個。（3）采用FLAC3D，對3上1110工作面開采過程的應力分布規律進行了數值模擬。結果發現：不規則工作面靠近斷層一側的水平應力明顯高于另一側；“拐角煤柱”一側出現應力集中，水平應力明顯高于運輸平巷一側；工作面下端部受附近斷層影響較大，出現應力集中，應力明顯高于上端部。（4）為防治沖擊礦壓災害，提出了綜合防治技術體系。采用KJ551微震系統，鉆屑法，KJ550系統對沖擊礦壓進行整體和局部的監測；采用煤層注水，大直徑深孔卸壓，深孔卸壓爆破技術對沖擊礦壓危險區域進行解危處理，防止沖擊礦壓發生。

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作者：王長云1；張蓓1；劉偉2 單位：1.山西煤炭進出口集團有限公司，2.中國礦業大學