綜放工作面沖擊地壓的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究

孔祥太 宋洪亮 張寶國(guó)

摘 要：沖擊地壓預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度可以利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)手段、鉆屑量監(jiān)測(cè)手段、圍巖變形監(jiān)測(cè)技術(shù)措施等來(lái)有效提高。經(jīng)過(guò)研究可知，微震事件發(fā)生的軌跡大致是沿著斷層分布，工作面的來(lái)壓周期與微震周期基本一致，其中較大能量的微震周期發(fā)生在“見(jiàn)方”這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上；鉆屑量鉆孔深度增加大一定量后，煤粉量的增加呈線性變化；圍巖變形受到工作面回采速度較慢的因素影響，其變形比較充分；受圍巖變形較大的影響，這時(shí)的頂板維護(hù)比較困難。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓；工作面；監(jiān)測(cè)技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.077

沖擊地壓指煤礦綜采工作面四周煤礦巖體在變形能量釋放時(shí)出現(xiàn)以急劇和突然為特征的動(dòng)力現(xiàn)象，沖擊地壓大范疇屬于礦山壓力，是礦山壓力的一個(gè)特例。沖擊地壓隨著煤礦開(kāi)采工作的不斷推進(jìn)也變得越來(lái)越嚴(yán)重，基于此，對(duì)沖擊地壓的預(yù)防工作是非常重要的，預(yù)防工作離不開(kāi)事先周密的監(jiān)測(cè)計(jì)劃。不確定性和多種破壞形式是沖擊地壓使得沖擊地壓的監(jiān)測(cè)工作變得相當(dāng)復(fù)雜。為了能較為準(zhǔn)確的對(duì)沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測(cè)，單獨(dú)靠一種預(yù)測(cè)手段是行不通的，在預(yù)測(cè)前要做好煤層地質(zhì)調(diào)查，在地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上采用多種監(jiān)測(cè)方法綜合預(yù)測(cè)沖擊地壓。

1 工作面基本情況簡(jiǎn)述

某工作面采煤層主要成分為亮煤，夾雜半亮型鏡煤條帶，煤層平均傾斜角度為6度。煤層結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，厚度為3厘米的炭質(zhì)細(xì)砂巖夾矸存在于距離頂板2.8米處；平局厚度為8厘米的炭質(zhì)泥巖夾矸存在于距離底板3.2米處；該工作面煤層的平均厚度為8.5米，普氏硬度系數(shù)f數(shù)值為2.3，在工作面兩側(cè)順槽中間有多條斷層。

2 沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域的劃分

通過(guò)對(duì)該工作面沖擊地壓發(fā)生的地質(zhì)因素和開(kāi)采因素以及兩種因素的綜合指數(shù)分析，該工作面存在發(fā)生沖擊地壓的可能性，其危險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為中級(jí)。沖擊地壓發(fā)生的可能性伴隨著整個(gè)工作面的開(kāi)采過(guò)程。特別是在回采前的重點(diǎn)區(qū)域和回采后的重點(diǎn)區(qū)域要進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)防。工作面沖擊地壓一般劃分為嚴(yán)重危險(xiǎn)、中等危險(xiǎn)以及一般危險(xiǎn)三個(gè)危險(xiǎn)區(qū)域等級(jí)，其劃分依據(jù)是模型數(shù)值模擬結(jié)果和工作面采煤現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況等多種情形的相互有效疊加以及沖擊地壓本身的危險(xiǎn)程度。

3 工作面沖擊地壓危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 微震監(jiān)測(cè)技術(shù)

該工作面回采的起止時(shí)間是從6月2日到10月5日，工作面的軌順總計(jì)向前推進(jìn)了380米，工作面運(yùn)順總計(jì)向前推進(jìn)了330米。通過(guò)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)SOS 分析可知，在該工作面123天的回采期間，微震的有效次數(shù)有360次之多，平均每天發(fā)生2.9次微震。從微震的能量大小和微震發(fā)生的頻率來(lái)看，低能量的微震事件大概占了工作面回采期間有效微震次數(shù)的百分之九十左右。微震隨著回采作業(yè)的進(jìn)行而不斷前移。該工作面的微震源位置有如下特點(diǎn)：

（1） 接近回采工作面斷層處是微震事件主要發(fā)生點(diǎn)，且微震事件發(fā)生的軌跡大致是沿著斷層分布。這表明，工作面圍巖的斷裂破壞是由于工作面回采和工作面構(gòu)造雙層應(yīng)力作用下導(dǎo)致的。

（2）工作面采煤區(qū)和采空區(qū)是微震事件主要發(fā)成處，工作面采煤區(qū)和采空區(qū)相比較，工作面實(shí)體采煤區(qū)微震事件要多余采空區(qū)。這主要是由于導(dǎo)致微震事件的能量釋放來(lái)源不同，煤巖體蠕性變形和煤巖體斷裂是工作面采煤區(qū)主要能量釋放來(lái)源；煤巖體蠕性變形是采空區(qū)能量釋放的主要來(lái)源，有些許煤巖體斷裂現(xiàn)象，但是極少數(shù)情況。對(duì)工作面每天的震動(dòng)能量、震動(dòng)次數(shù)以及回采速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如下：該工作面第一次出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的震動(dòng)是出現(xiàn)在7月3日，而這個(gè)時(shí)候工作面回采進(jìn)度總計(jì)為54米，這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與工作面第一來(lái)壓時(shí)間基本吻合，所以工作面每天微震事件產(chǎn)生的總能量存在一定的周期性。隨著時(shí)間的推移。工作面回采進(jìn)度不斷向前推進(jìn)。到了8月5日這天，工作面出現(xiàn)了從6月2日回采開(kāi)始至今的最強(qiáng)烈震動(dòng)，這個(gè)時(shí)候工作面回采進(jìn)度總計(jì)為173米，而該工作面總長(zhǎng)度為175米。這說(shuō)明，在距離工作面采煤頂板18米左右的中粒砂巖層在首次回采“見(jiàn)方”時(shí)發(fā)生了強(qiáng)烈的微震。這次強(qiáng)烈震動(dòng)發(fā)生的主要原因是圍巖頂層大面積斷裂造成的，由此也可以判斷出工作面的來(lái)壓周期與微震周期基本一致，其中較大能量的微震周期發(fā)生在“見(jiàn)方”這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上。與斷層距離較近的地方，由于受到煤巖體斷裂產(chǎn)生的能量釋放影響較大，所以圍巖破碎程度比較嚴(yán)重。

3.2 鉆屑法監(jiān)測(cè)

鉆屑法監(jiān)測(cè)適宜用于電磁環(huán)境比較復(fù)雜的礦井。其監(jiān)測(cè)工作面地壓的原理是通過(guò)判斷煤層鉆孔排除的煤粉總量以及煤粉的變化規(guī)律，一般鉆孔直徑為5公分。鉆屑量分析的指標(biāo)主要包括采用應(yīng)力、煤體性質(zhì)以及突出環(huán)境等，都是比較實(shí)際的指標(biāo)。通過(guò)對(duì)該工作面地質(zhì)情況鑒定后，獲悉該工作面具有發(fā)生沖擊地壓的可能性，需要對(duì)主要區(qū)域?qū)嵭斜O(jiān)測(cè)措施，這里采用鉆屑法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)區(qū)域覆蓋從工作面到工作面前方65米的范圍內(nèi)，鉆孔距離底板1.5米左右，鉆孔深度為10米，孔間距為15米，孔直接為5公分，其中孔間距局部調(diào)整。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)了軌順每天最大鉆屑量和平均鉆屑量，運(yùn)順每天最大鉆屑量和平均鉆屑量。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果中可以看出，該工作面發(fā)生沖擊地壓的最小理論值要大于軌順和運(yùn)順煤粉鉆屑量指標(biāo)。軌順一側(cè)的每天最大鉆屑量和每天平均鉆屑量要小于運(yùn)順一側(cè)，這主要是軌順的掘進(jìn)軌跡是沿空的，受到采空區(qū)圍巖破碎變形較為嚴(yán)重的情況影響，彈性勢(shì)能比較小。與工作面的面口距離在30米左右的地方出現(xiàn)了運(yùn)順煤粉鉆屑量的最大值，隨著工作面推進(jìn)到斷層時(shí)，軌順煤粉鉆屑量最大值出現(xiàn)的位置要大于運(yùn)順煤粉鉆屑量最大值出現(xiàn)的位置至少40多米，這是由于圍巖應(yīng)力峰值受到斷層構(gòu)造力影響向煤炭體內(nèi)轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)手段、鉆屑量監(jiān)測(cè)手段對(duì)工作面進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，確保準(zhǔn)確及時(shí)的對(duì)工作面沖擊地壓進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)類似條件下的礦井工作面沖擊力地壓預(yù)測(cè)具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉棟梁.綜放工作面空間孤島煤柱沖擊地壓綜合防治技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2018（03）：98-101.