趙樓煤礦5303工作面沖擊地壓危險性分析

魏永啟 周 芳 魏效曙

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司，山東 鄒城 273500；2.山東新方集團股份有限公司，山東 濰坊 261000）

1 礦井基本情況

趙樓煤礦位于菏澤市鄆城、巨野兩縣境內(nèi)，處于巨野煤田中部。井田東西寬約12～15.9km，南北長約9.9km，面積143.356km2，埋深-700～-1200m，煤厚平均6.19m，煤種主要以1/3焦煤、氣肥煤、氣煤為主。礦井設計生產(chǎn)能力300萬t/年，核定生產(chǎn)能力336萬t/年，剩余服務年限42年。礦井于 2009年12月29日投產(chǎn)，采用立井單一水平開拓方式，中央并列抽出式通風，井口標高+45m，井底車場水平標高-860m。在工廠內(nèi)布置主、副、風3個井筒及選煤廠等，采煤方法采用長壁綜合機械化放頂煤開采。

2 工作面概況

2.1 工作面位置

5303工作面位于礦井南部，東鄰5302工作面，西鄰5304工作面，北鄰三、五采運輸巷，南鄰五采區(qū)與九采區(qū)邊界，至FZ14逆斷層上盤邊界。5303工作面位置如圖1所示。

圖1 5303工作面位置圖

2.2 煤層概況

5303工作面所采煤層為3煤，厚度3.2～8.4m，平均6.1m。煤層傾角0～8°，平均5°。煤層普氏系數(shù) (f) 0.8～2.3，平均 1.6。

5303工作面3煤層直接頂、底板及基本頂、基本底特性如表1所示。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

5303工作面自北向南主要發(fā)育Fd47、NF2、F5201、Fd69、Fd54、Fd55六條正斷層，落差分別 為 0～15m、0～3.5m、0～3.5m、0～2.5m、0～7m、0～5m。該工作面斷層情況如表2所示。

表1 5303工作面煤層頂?shù)装鍘r層特性一覽表

表2 工作面斷層匯總表

3 工作面沖擊危險性分析

3.1 地質(zhì)因素影響分析

（1）開采深度

5303工作面采深在830～920m，屬于深部開采工作面，百萬噸煤炭沖擊地壓發(fā)生次數(shù)0.62～0.67，該工作面的開采深度對沖擊地壓的影響非常大。

（2）煤巖的物理力學特性

通過對趙樓煤礦3煤層試樣的沖擊傾向性各項指數(shù)測定結(jié)果及3號煤層頂板各分巖層的彎曲能量如表3、表4所示。

表3 趙樓煤礦3煤層試樣沖擊傾向性各項指數(shù)測定結(jié)果

表4 趙樓煤礦3號煤層頂板各分巖層的彎曲能量

以上三批煤樣沖擊傾向性測試結(jié)果都屬于強沖擊傾向性，3煤層為具有強沖擊傾向性的煤層。因此可推斷5303工作面煤層也具有強沖擊傾向性。

3煤層復合頂板彎曲能量指數(shù)為38.35kJ，大于10kJ，小于100kJ，判定3煤層頂板巖層為弱沖擊傾向性。

3煤層的單向抗壓強度均在20MPa以上，如表5所示，強度較高，說明誘發(fā)沖擊地壓的應力條件較低。

表5 趙樓煤礦3號煤層試樣力學性質(zhì)測試結(jié)果

（3）厚層難冒頂板的影響

如圖2所示，當堅硬頂板與煤層厚度比值大于0.75時，沖擊能指數(shù)隨著頂板與煤層高度比值的增加而升高。5303工作面基本頂為厚度平均14.82m的中砂巖或細砂巖，為堅硬的砂巖分類，工作面煤層平均厚度為6.1m，即5303工作面堅硬頂板與煤層厚度比值為2.43，對應沖擊能指數(shù)為9.65，對工作面沖擊危險性有較大影響。

圖2 頂板厚度與沖擊能指數(shù)的關(guān)系

（4）頂板巖層結(jié)構(gòu)特征

通過頂板在100m范圍內(nèi)巖層分層情況的分析，可以得出頂板厚度特征參數(shù)值Lst，如表6所示。

由表6可知，頂板巖層結(jié)構(gòu)對沖擊地壓的發(fā)生起重要作用。

（5）構(gòu)造的影響

NF2斷層、F5201斷層及Fd69斷層自軌道順槽側(cè)向面內(nèi)延展，斷層帶附近煤巖裂隙發(fā)育，對工作面掘進將造成一定影響。

3.2 開采技術(shù)因素影響分析

根據(jù)5303工作面實際的開采技術(shù)條件分析，影響本工作面沖擊危險的開采技術(shù)因素主要有三角煤柱、開切眼位置、區(qū)段煤柱寬度及停采線位置等。

（1）三角形不規(guī)則煤柱的影響

受5302采空區(qū)、斷層FZ14影響，5303軌道順槽側(cè)形成三角煤柱，由于應力疊加作用，應力峰值增大，要加強該區(qū)域沖擊危險的監(jiān)測及防治。

（2）開切眼位置的影響

開切眼位置對于軌道順槽掘進有一定的影響，當掘進工作面掘進至三角煤柱區(qū)域時，受超前支承壓力和5302采空區(qū)側(cè)向支承壓力綜合影響，前方垂直應力較高，因此要加強掘進面及巷道兩幫的卸壓措施，并加強監(jiān)測。

（3）區(qū)段煤柱寬度

工作面軌道順槽沿空留3.5m煤柱，軌道順槽掘進至三角煤柱區(qū)域后，三角煤柱側(cè)煤體垂直應力較高，要采取相應的卸壓措施。

表6 5303工作面煤層頂?shù)装鍘r層特性一覽表

4 工作面沖擊危險指數(shù)及等級

采用綜合指數(shù)法對地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素進行評估，確定沖擊地壓危險綜合指數(shù)，如表7所示。

表7 沖擊地壓危險指數(shù)及等級綜合評估

通過綜合比較分析，認為5303工作面沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定為中等沖擊危險性，沖擊危險指數(shù) 0.67，其中地質(zhì)因素影響較大。主要影響因素為開采深度、煤的物理力學特性、頂板巖層特征及構(gòu)造等。本工作面沖擊危險狀態(tài)屬C級，即具有中等沖擊地壓危險。