高礦壓深井工作面卸壓強(qiáng)度在降低工作面沖擊危險(xiǎn)性中的作用與研究

司雷 宋士康

摘? 要：利用微震數(shù)據(jù)、周期來壓步距等對深部高礦壓回采工作面不同卸壓強(qiáng)度卸壓效果進(jìn)行效果檢驗(yàn)，采用大量微震事件，周期來壓步距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用理論分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、現(xiàn)場實(shí)踐等研究手段，探尋不同卸壓強(qiáng)度在深部高礦壓礦井回采工作面生產(chǎn)過程中對降低工作面沖擊危險(xiǎn)性起到的關(guān)鍵作用，從而合理施工卸壓鉆孔，優(yōu)化卸壓參數(shù)，保證礦井安全生產(chǎn)。研究結(jié)果表明：工作面補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)域微震釋放總能量、微震頻次及來壓步距較常規(guī)卸壓區(qū)域均有較大幅度的降低;強(qiáng)卸壓手段能夠有效的降低工作面微震事件能級與來壓步距，從而一定程度上降低工作面沖擊危險(xiǎn)性。

關(guān)鍵詞：卸壓參數(shù);微震頻次;微震能量;周期來壓步距

中圖分類號：TD32? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0072-03

Abstract： The effect of pressure relief effect of different pressure relief strength in deep high pressure mining face is tested using microseismic data and periodic pressure step distance， etc.， based on a large number of microseismic events and periodic pressure step distance data. By means of theoretical analysis， data statistics and field practice， this paper explores the key role of different pressure relief strength in reducing the impact risk of the working face in the production process of deep high pressure mining face. Thus， the pressure relief drilling is constructed reasonably， the pressure relief parameters are optimized， and the safety of mine production is ensured. The results show that the total energy released by microearthquakes， the frequency of microearthquakes and the pressure step in the reinforcement and pressure relief area of the working face are greatly lower than those in the conventional pressure relief area， and the strong pressure relief method can effectively reduce the energy level and pressure step of microseismic events in the working face， so as to reduce the impact risk of the working face to a certain extent.

Keywords： pressure relief parameters; microshock frequency; microseismic energy; periodic pressure step distance

高家堡煤礦地質(zhì)儲量9.74億噸，設(shè)計(jì)可采儲量4.7億噸，主采延安組4煤層，平均煤厚9.43m。礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，具有井深水大、高地壓、高地溫、高瓦斯、高承壓水、軟巖、煤層易自燃等自然災(zāi)害。針對礦井回采工作面不同卸壓方案導(dǎo)致礦井微震事件發(fā)生、周期來壓步距、應(yīng)力分布無明顯規(guī)律制約生產(chǎn)的現(xiàn)狀，因此探尋不同卸壓強(qiáng)度在深部高礦壓礦井回采工作面生產(chǎn)過程中對微震事件發(fā)生、周期來壓步距、降低工作面沖擊危險(xiǎn)性起到的關(guān)鍵作用，從而合理施工卸壓鉆孔，優(yōu)化卸壓參數(shù)，保證礦井安全生產(chǎn)。

1 工作面概況

1.1 工作面位置

204工作面為二盤區(qū)第四個(gè)工作面，位于二盤區(qū)西翼。該面東部和南部為203工作面采空區(qū)，204和203工作面之間留有7m煤柱;北至四條開拓大巷（西區(qū)輔助運(yùn)輸大巷、西區(qū)1#回風(fēng)大巷、西區(qū)2#回風(fēng)大巷、西區(qū)膠帶大巷）。204工作面走向長1450m，傾斜寬200m。

1.2 煤層概況

204工作面所采煤層為侏羅系中統(tǒng)延安組4煤，根據(jù)勘探鉆孔及附近巷道實(shí)際揭露煤層厚度在5.9～15.0m之間，該面平均厚度為10.99m，普氏硬度系數(shù)f=0.98。

1.3 煤巖沖擊傾向性鑒定

2014年7月，經(jīng)煤科總院北京開采研究所巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室鑒定，高家堡礦井4煤層（包括上分層、下分層）單軸抗壓強(qiáng)度分別為20.47MPa、18.18MPa，動態(tài)破壞時(shí)間分別為278.40ms、303.40ms，彈性能量指數(shù)分別為13.36、11.54，沖擊能量指數(shù)分別為3.20、2.98，屬于Ⅲ類，為強(qiáng)沖擊傾向性煤層;4煤層頂、底板巖層彎曲能量指數(shù)分別為54.52kJ和20.08kJ，均屬于Ⅱ類，為弱沖擊傾向性巖層。

1.4 其它情況

（1）煤塵：有煤塵爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)48.65%。

（2）瓦斯：根據(jù)咸陽市煤炭局2015年6月下發(fā)的《關(guān)于2014-2015年度礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果的通知》，礦井的絕對瓦斯涌出量為1.54m3/min。

（3）自燃發(fā)火：屬自燃煤層，自燃發(fā)火期37天。

（4）地溫：井田平均地溫梯度為3.18℃/100m，其中非煤系地層平均為1.93℃/100m，煤系地層平均為4.23℃/100m。

綜上所述，高家堡煤礦開采深度大、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、頂板水豐富，沖擊顯現(xiàn)強(qiáng)度大，因此，基于回采工作面微震數(shù)據(jù)，周期來壓步距研究工作面開采強(qiáng)度與卸壓力度間的關(guān)系尤為重要，為工作面優(yōu)化卸壓參數(shù)、制定防沖方案提供數(shù)據(jù)支撐。

2 回采工作面卸壓效果分析

為探析204工作面防沖工程卸壓效果，擬采取微震數(shù)據(jù)、來壓步距、卸壓力度等方向進(jìn)行探討，選定主采工作面微震勘探范圍，其中范圍上邊界距工作面運(yùn)輸順槽約200m，下邊界距工作面回風(fēng)順槽約240m（考慮到臨空側(cè)影響）。卸壓工程選定2019年05月至2020年05月時(shí)間內(nèi)，工作面回采區(qū)域的防沖工程進(jìn)行分析。

2.1 工作面卸壓工程匯總

統(tǒng)計(jì)各回采月份內(nèi)卸壓工程。由數(shù)據(jù)可知，2019年10月及以后回采區(qū)域的卸壓強(qiáng)度明顯高于前期，同時(shí)此區(qū)域內(nèi)相應(yīng)卸壓時(shí)間短，卸壓時(shí)效性強(qiáng)，見表1。

2.2 卸壓效果分析

2.2.1 微震數(shù)據(jù)分析

圖1為工作面開采時(shí)間與微震頻次、微震總能量關(guān)系圖，由圖可知，隨著工作面開采，微震日頻次、日釋放總能量整體上可劃分多個(gè)區(qū)域：恢復(fù)生產(chǎn)初期區(qū)、常規(guī)卸壓區(qū)、補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)。

恢復(fù)生產(chǎn)初期區(qū)：2019年5月至6月中旬時(shí)間段，此階段受微震數(shù)據(jù)收集不全等因素，整體上呈現(xiàn)低頻低能現(xiàn)象，加之工作面長時(shí)間停采因素，工作面煤巖應(yīng)力趨于穩(wěn)定，回采初期煤巖運(yùn)動相對較輕。

常規(guī)卸壓區(qū)域：2019年06月中旬至2019年09月，此階段內(nèi)微震釋放總能量明顯增高，排除數(shù)據(jù)收集較全因素外，此階段內(nèi)工作面經(jīng)過一個(gè)多月的恢復(fù)生產(chǎn)穩(wěn)定期，覆巖運(yùn)動加強(qiáng)，加之回采區(qū)域位于向斜翼部，逐漸向軸部移近，地質(zhì)構(gòu)造的存在，進(jìn)一步加強(qiáng)工作面應(yīng)力集中程度。

補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)：2019年10月至2020年03月，此階段內(nèi)工作面實(shí)施了二輪補(bǔ)強(qiáng)卸壓工程，此階段除10月份微震總能量相對較高，其余月份微震能量處于較低水平，微震頻次處于較高水平，表明能量多以小能量事件釋放。10月份能量較高是因?yàn)榇藭r(shí)間內(nèi)工作面回采至向斜軸部，加之工作面泄水巷的存在，兩因素造成工作面回采時(shí)應(yīng)力集中程度的增高，從而增大能量的釋放。

對比常規(guī)卸壓區(qū)與補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)微震數(shù)據(jù)分析可知，常規(guī)卸壓區(qū)內(nèi)微震釋放總能量高，微震頻次低;而補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)內(nèi)微震釋放總能量低，微震頻次高。表明補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)內(nèi)能量釋放多以小能量事件為主，由此可初步推斷補(bǔ)強(qiáng)卸壓起到了卸壓效果，卸壓工程破壞了煤巖體完整性，降低了其積聚彈性能的能力。

進(jìn)一步分析，常規(guī)卸壓區(qū)域回采時(shí)，工作面處于向斜翼部（俯采），補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)（去除10月回采區(qū)域位于軸部），工作面也處于向斜翼部（仰采），二者在微震能量、頻次上均有較大差別，進(jìn)一步表明了強(qiáng)卸壓的效果性。

2.2.2 來壓步距數(shù)據(jù)分析

截止2020年5月31日，204工作面共計(jì)周期來壓51次，來壓步距變化如圖2所示。由圖可知，常規(guī)卸壓區(qū)域周期來壓步距平均約22.5m，而補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)域平均來壓步距約15.2m，縮短了約32.4%。由此觀之。補(bǔ)強(qiáng)卸壓降低了工作面來壓步距，進(jìn)一步降低了覆巖運(yùn)動釋放的能量級別（微震數(shù)據(jù)反映）。因此，從來壓步距上可以看出補(bǔ)強(qiáng)卸壓后，整體卸壓效果良好。

3 主要結(jié)論

（1）工作面微震事件發(fā)生頻次與能量和卸壓強(qiáng)度一定程度上存在正相關(guān)關(guān)系。微震事件發(fā)生頻次與能量的變化趨勢在一定程度上可以反映工作面應(yīng)力集中程度，為工作面提前采取卸壓解危措施提供參考依據(jù)。

（2）通過工作面回采期間微震監(jiān)測數(shù)據(jù)、工作面來壓步距分析可知，工作面補(bǔ)強(qiáng)卸壓區(qū)域微震釋放總能量、微震頻次及來壓步距較常規(guī)卸壓區(qū)域均有較大幅度的降低。

（3）針對工作面地質(zhì)及開采條件，強(qiáng)卸壓手段能夠有效的降低工作面微震事件能級與來壓步距，從而一定程度上降低工作面沖擊危險(xiǎn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘俊鋒，毛德兵.沖擊地壓啟動理論與成套技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[2]潘一山.沖擊地壓發(fā)生與破壞過程研究[D].北京：清華大學(xué)，1999.

[3]潘立友，張立俊，劉先貴.沖擊地壓預(yù)測與防治實(shí)用技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[4]范金城，梅長林.數(shù)據(jù)分析[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[5]夏永學(xué)，潘俊鋒，王元杰，等.基于高精度微震監(jiān)測的煤巖破裂與應(yīng)力分布特征研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，36（02）：239-243.

[6]梁東輝，王巖.煤礦沖擊地壓監(jiān)測方法研究[J].工業(yè)B，2015（005）：103-104.

[7]李國營，張成濤，張利民.礦井采動影響條件下微震活動規(guī)律研究[J].煤礦開采，2013，18（2）：77-78，41.