淺談沖擊地壓工作面危險性的評價方法

杜則銘　劉廣運

摘 要：在煤炭資源開采深度以及開采強度增加的當(dāng)下，煤礦礦井沖擊地壓等動力災(zāi)害日益加劇，對煤礦的安全開采產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。煤礦沖擊地壓現(xiàn)象在礦山開采過程中，是比較常見且容易發(fā)生的一種動力現(xiàn)象，通常也是礦山壓力所顯現(xiàn)出來的一種特殊的呈現(xiàn)形式。沖擊地壓是在人為開采擾動下，巖石的原始受力狀態(tài)發(fā)生變化，原始應(yīng)力受到破壞，大量彈性應(yīng)變能積聚在煤巖體內(nèi)部，受到破壞后應(yīng)變能突然釋放，導(dǎo)致煤體或者煤巖結(jié)構(gòu)內(nèi)部失穩(wěn)，進(jìn)而引起沖擊破壞。在一些特殊的工程地質(zhì)背景條件下，沖擊地壓可能還會引發(fā)一些其他如煤與瓦斯突出、粉塵爆炸、水災(zāi)、火災(zāi)等的礦井災(zāi)害。

關(guān)鍵詞：礦山壓力 呈現(xiàn) 沖擊地壓 巖石應(yīng)力災(zāi)害

中圖分類號：TD32 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0058-02

沖擊地壓是煤礦生產(chǎn)中遇到的最嚴(yán)重災(zāi)害之一。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，綜采液壓支架在工程中廣泛運用，巷道的支護(hù)強度也在不斷提高，導(dǎo)致由于沖擊地壓所造成的井下破壞，逐漸由操作面向巷道中發(fā)展。比如，在義馬千秋煤礦“11·3”沖擊地壓事故中，在巷道380 m處破壞最為嚴(yán)重，其中有近百米段巷道基本合攏。因此，認(rèn)識工作面沖擊危險性，發(fā)展工作面沖擊危險性評價理論，在施工過程中，對于如何提高沖擊地壓礦井支護(hù)的抗沖、防沖能力，成為近年來亟欲研究的重要課題。

1 工作面地質(zhì)概況

大興礦北二700工作面位于北二采區(qū)東北部，工作面地表為農(nóng)田地，地表平坦，工作面可采走向長600 m；傾斜寬分別為86 m、132 m、30 m。工作面井下標(biāo)高約為-507～-543 m，埋深約為570～620 m；工作面位于7-2煤層，煤層厚度在5.20～6.35 m之間，平均為5.78 m。該面煤層呈黑色，玻璃光澤，平坦斷口，塊狀構(gòu)造。煤層垂直節(jié)理發(fā)育，走向近東西。該工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般有3層夾石，夾石厚約為0.28 m。巖性以炭泥巖為主，硬度小?；卷敚簬r性為粗砂巖，灰白色，以長石、石英為主，砂泥質(zhì)膠結(jié)。直接頂：巖性以泥巖、粉砂巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)，具斜層理和微波狀層理。底板：巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖。大興煤礦7-2煤層開采工作面具有埋深大、構(gòu)造復(fù)雜（斷層發(fā)育豐富）、煤層群開采、臨近采空區(qū)等特點，易于出現(xiàn)應(yīng)力集中和能量積聚，使相鄰工作面開采時動壓顯現(xiàn)明顯（地表建筑物能夠產(chǎn)生顯現(xiàn)），在重力應(yīng)力場約束作用下保存的構(gòu)造應(yīng)力場以及采動造成的集中應(yīng)力足以使煤（巖）體產(chǎn)生破壞，有發(fā)生破壞性動力災(zāi)害（沖擊地壓）的可能。

2 沖擊危險性評價方法

煤層沖擊地壓危險類型主要為以下4種。（1）重力型：主要受重力作用引發(fā)的沖擊地壓，沒有或只有少量構(gòu)造力的影響。北二700工作面埋深約為570～620 m，屬于深部工作面，具備了發(fā)生沖擊地壓的深度條件。（2）結(jié)構(gòu)式：出現(xiàn)問題的地方主要在斷裂帶。沖擊地壓往往會發(fā)生在已經(jīng)發(fā)生巖石斷層、褶皺或者煤礦開采面的地方。北二700工作面臨近和揭露多條斷層，且部分?jǐn)鄬佑绊懥斯ぷ髅娴牟贾茫嬖谳^大沖擊地壓危險性。（3）邊界型：主要為巷道開掘和工作面開采形成的采空區(qū)和殘留煤柱對工作面的影響。工作面西側(cè)為北二701工作面采空區(qū)，采掘時受采空側(cè)壓影響，存在沖擊地壓危險性。（4）復(fù)合型：3種類型相互交錯的現(xiàn)象，與其他破壞情況相比較而言，該類型破壞時的危害更大。根據(jù)上述4種煤層沖擊壓力破壞型，關(guān)于對此危害性評價的方法如下。

2.1 指數(shù)全面分析

指數(shù)全面分析是指根據(jù)對其所在施工地質(zhì)條件分析的基礎(chǔ)上結(jié)合所有的可能影響壓力的因素，并利用指數(shù)函數(shù)來表示每個因素的影響程度，最終確定危險情況是否發(fā)生。（1）開采地質(zhì)條件分析壓力危險：大興煤礦7-2煤層九采區(qū)北二700工作面地質(zhì)因素影響下的沖擊地壓危險性指數(shù)為Wtl=0.42，介于0.3～0.5之間，因此具弱沖擊危險。沖擊危險主要為煤層煤炮、煤層大埋深、堅硬頂板等引起的應(yīng)力集中程度。（2）開采狀況分析壓力大?。和ㄟ^分析開采引起的壓力大小可以發(fā)現(xiàn)，站在開采手段的角度分析，北部二區(qū)開采面的危險數(shù)在0.4左右，所以有弱壓力沖擊危險。主要影響因素為采深、斷層等。

2.2 經(jīng)驗類比法

根據(jù)對大興煤礦北二700工作面導(dǎo)致產(chǎn)生沖擊壓力的工程概況以及開采的手段分析可知，通過結(jié)合其他工況分析得到了其他原因。北二700工作面埋深570～620 m，歸屬是深處工作面，而且超過了沖擊低壓的深度。開采面有可能發(fā)生斷裂，揭露多條斷層，被斷層所切割，存在沖擊危險。且臨近北二701工作面采空區(qū)，在采空區(qū)影響范圍內(nèi)開掘巷道和回采工作面存在安全危險。通過以往經(jīng)驗分析法可知，由于斷裂帶、煤層、工作區(qū)等原因的綜合作用，將北部二區(qū)700開采面回采過程中沖擊地壓危險區(qū)域、危險等級進(jìn)行了疊加分析，共劃分了6個沖擊危險區(qū)域，其中弱沖擊危險區(qū)域為5個，中等沖擊危險區(qū)域為1個。則需要對危險區(qū)域進(jìn)行沖擊地壓監(jiān)測和結(jié)尾處理。

3 沖擊地壓危險性評價與結(jié)果分析

綜合指數(shù)法分析結(jié)果是大興煤礦北二700工作面地質(zhì)因素影響下沖擊地壓危險性指數(shù)Wtl=0.42，介于0.3～0.5之間，具有弱沖擊危險；開采技術(shù)條件影響下沖擊危險指數(shù)為Wt2=0.33，介于0.3～0.5之間，因此具有弱沖擊危險。經(jīng)驗類比法結(jié)果分析根據(jù)結(jié)果分析為6個沖擊危險區(qū)域分布在北二700工作面。其中有5個弱沖擊危險區(qū)域，1個中等沖擊危險區(qū)域。綜合以上兩種方法的分析結(jié)果，依據(jù)沖擊地壓分級的方法，北二700工作面沖擊地壓危險性整體上具有中等偏弱沖擊危險。根據(jù)綜合指數(shù)法計算，北二700工作面在地質(zhì)條件與開采條件影響下沖擊地壓危險性指數(shù)分別是0.42和0.33，綜合分析得出具有弱沖擊危險。由經(jīng)驗類比法分析，北二700工作面由5個弱沖擊危險區(qū)域和1個中等沖擊危險區(qū)域組成。綜合分析綜合指數(shù)法和經(jīng)驗類比法的結(jié)果，根據(jù)沖擊地壓分級方法分析，確定北二700工作面沖擊地壓危險性整體上具有中等偏弱沖擊危險。

4 結(jié)語

利用綜合指數(shù)法和經(jīng)驗類比法對北二700工作面進(jìn)行沖擊地壓危險等級評估。工作面在地質(zhì)條件和開采條件影響下的沖擊危險指數(shù)分別為0.42和0.33，為弱沖擊危險；并且對工作面回采期間劃分了6個沖擊地壓危險區(qū)域。分析綜合指數(shù)法和經(jīng)驗類比法評估，確定北二700工作面沖擊地壓危險性整體上具有中等偏弱沖擊危險。根據(jù)評定結(jié)果必須進(jìn)行相關(guān)的沖擊地壓監(jiān)測和解危措施，方可進(jìn)行回采。

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