采煤工作面兩側(cè)沿空開采沖擊地壓防治技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

王 磊，曾柯植，張恒軍

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城273512）

東灘煤礦14317 工作面的東側(cè)及南側(cè)都已開采，切眼沿空布置，因此工作面初采階段為兩側(cè)沿空開采，切眼靠近軌順一側(cè)煤體為受雙向采動影響的高應(yīng)力集中區(qū)。為保障工作面安全回采，需對應(yīng)力集中區(qū)域超前采取措施，預(yù)防沖擊地壓的發(fā)生。

1 工作面概況

圖1 14317 工作面平面位置示意圖

14317 綜放工作面位于十四采區(qū)西部，北鄰東灘礦與興隆莊礦礦界，南鄰143 上16 工作面采空區(qū)，西鄰東灘礦與鮑店礦礦界，東鄰14318 工作面采空區(qū)。工作面兩順槽相互平行，東側(cè)順槽作為軌順，軌順巷中與14318 運(yùn)順巷中間距9m，西側(cè)的順槽作為運(yùn)順，運(yùn)順西側(cè)布置有輔助運(yùn)煤巷；切眼南幫與143 上16 運(yùn)順間距5.0m，垂直兩順槽布置。14317②設(shè)計(jì)停采線運(yùn)順側(cè)距14310 (西) 軌順南幫324m，軌順側(cè)向北調(diào)斜30m。14317①設(shè)計(jì)停采線距輔助切眼北幫275.6m。工作面設(shè)計(jì)運(yùn)順長766.0m,輔助運(yùn)煤巷長275.6m，軌順長796.0m,正常段傾斜寬185.0m，合面段傾斜寬315.8m。工作面標(biāo)高：-489.4m～-510.3m，平均-499.8m，14317 工作面平面位置示意圖見圖1。

2 煤層賦存特征及頂?shù)装鍫顩r

工作面回采二疊系山西組3（3 上、3 下）煤層，黑色，半暗型煤，以暗煤為主，夾鏡煤條帶，厚層塊狀，內(nèi)生裂隙發(fā)育。3 煤層厚9.06m～9.70m，平均9.40m，由東南部向西北部逐漸變厚，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含1～2 層夾矸，一層距3 煤底板之上3.24m～3.70m 處，為一層厚0～2.30m 的泥巖或粉砂巖夾矸，北薄南厚；另一層距3 煤頂板之下3.20m～3.80m 處，為一層厚0.02m～0.03m 的泥質(zhì)粉砂巖夾矸，是3（3 上）煤層較為穩(wěn)定的標(biāo)志層。3煤層0.70m 夾矸分叉線位于工作面南部，分叉線以南煤層分叉為3 上煤與3 下煤。3 上煤厚5.50m～6.30m，平均5.60m；3 下煤厚3.24m～3.70m，平均3.50m。工作面中部及北部回采3 煤，南部回采3 上煤。煤層頂?shù)装鍫顩r表見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍫顩r表

3 回采工藝及支護(hù)形式

14317 工作面采用走向長壁頂板垮落綜采放頂煤一次采全高采煤法。

回采期間，運(yùn)順采用2 組ZT44800/25/45 型順槽支架配合單體支護(hù)頂板，支護(hù)距離不低于60m；軌順采用5 組ZT115200/23.5/45 型順槽支架配合單體支護(hù)頂板，支護(hù)距離不低于120m。

4 14317 綜放工作面沖擊危險(xiǎn)評估

根據(jù)綜合指數(shù)法評價(jià)，工作面沖擊危險(xiǎn)綜合指數(shù)為0.71，為中等沖擊危險(xiǎn)，回采期間，受軌順切眼兩側(cè)沿空影響，工作面推進(jìn)到3 上煤與3 下煤夾矸0.7m 分界線向外100m 的范圍，共372m 具有中等沖擊地壓危險(xiǎn)。

圖2 14317 工作面回采期間沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域圖

5 雙向采動影響下應(yīng)力集中程度數(shù)值模擬

5.1 計(jì)算模型的建立

為反映14317 工作面受兩側(cè)采空影響煤體應(yīng)力分布特征，以14317 工作面實(shí)際地質(zhì)和開采技術(shù)條件為背景，建立FLAC 3D 三維數(shù)值計(jì)算模型。模型走向長度400m，傾斜寬度400m，高度150m，共劃分390160 個(gè)單元，403137 個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖3 為14317 工作面模型俯視圖，圖4 為14317 工作面模型頂?shù)装鍘r性分布圖。

圖3 14317 工作面模擬俯視圖

圖4 14317 工作面模擬巖性分布圖

5.2 14317 工作面數(shù)值模擬結(jié)果分析

模擬主要研究受切眼和軌順兩側(cè)采空區(qū)共同影響下，14317 工作面開采之前切眼附近的煤體應(yīng)力分布狀態(tài)。

圖5 兩側(cè)采空影響下14317 工作面采前應(yīng)力分布平面圖

圖5 為14317 工作面回采前應(yīng)力分布平面圖，可以看出，14317 工作面回采前受14318 工作面和14316 工作面兩側(cè)采空影響，應(yīng)力升高區(qū)在工作面右下角處兩向疊加，應(yīng)力峰值達(dá)到60MPa，應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到4 左右，具有沖擊地壓危險(xiǎn)，應(yīng)提前做好解危處理工作。

根據(jù)以上分析可以得出，在切眼和軌順內(nèi)側(cè)分別50m 的范圍內(nèi)，應(yīng)力集中程度較高，具有沖擊地壓的危險(xiǎn)；其中切眼和軌順內(nèi)側(cè)分別30m 的范圍內(nèi)應(yīng)力集中程度極高，說明這一區(qū)域受兩側(cè)采空影響應(yīng)力集中疊加效應(yīng)明顯，預(yù)計(jì)沖擊地壓危險(xiǎn)性更大。

6 14317 工作面沖擊地壓防治情況

6.1 超前預(yù)卸壓措施

在14317 工作面回采前，對工作面中等沖擊危險(xiǎn)區(qū)域施工大直徑預(yù)卸壓鉆孔，進(jìn)行卸壓處理。在14317 工作面軌順側(cè)從開切眼至1005m 間施工直徑150mm，深度不小于20m，鉆孔間距2m 的預(yù)卸壓鉆孔。

6.2 沖擊地壓監(jiān)測

1）鉆屑法監(jiān)測。每次對工作面前方100m 范圍內(nèi)的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行鉆屑法檢測，每天檢測一次（檢修班），若檢測指標(biāo)超過臨界值時(shí)，施工卸壓孔進(jìn)行卸壓解危。

2）微震監(jiān)測系統(tǒng)。在14317 工作面周圍布置了4個(gè)微震監(jiān)測測站，滿足14317 工作面回采監(jiān)測需要。

經(jīng)對監(jiān)測到的微震事件分析統(tǒng)計(jì)，工作面附近震動主要以小能量震動事件為主，自工作面開始生產(chǎn)，14317 工作面及其周圍共監(jiān)測到有效震動186次，所有監(jiān)測震動能量均低于1×104J。

圖6 14317 工作面回采期間微震頻次及能量統(tǒng)計(jì)圖

3）應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)。14317 工作面軌順、運(yùn)順、輔助運(yùn)煤巷采幫沖擊地壓危險(xiǎn)的區(qū)段安裝監(jiān)測系統(tǒng)，按照每30m 布置一組測站，每一組安裝2 個(gè)應(yīng)力計(jì)，深孔14m 與淺孔8m，兩孔間距為1m 左右。實(shí)現(xiàn)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警。

6.3 巷道圍巖變形觀測結(jié)果

6.3.1 測點(diǎn)布置

軌順巷道圍巖變形觀測，距切眼58m 到78m 范圍，每10m 設(shè)立一組圍巖變形觀測點(diǎn)，觀測頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俊?/p>

運(yùn)順巷道圍巖變形觀測，距切眼48m、67m、78m位置，各設(shè)立一組圍巖變形觀測點(diǎn)，觀測頂?shù)装搴蛢蓭鸵平俊?/p>

6.3.2 數(shù)據(jù)分析

表2 軌運(yùn)順圍巖變形觀測數(shù)據(jù)表

圖7 14317 圍巖變形統(tǒng)計(jì)圖

通過整理分析，在軌順測區(qū)，即沿空側(cè)兩幫累計(jì)最大移近量為119mm，累計(jì)最大頂?shù)装逡平繛?50mm，兩幫最大移近速度為36mm/d，兩幫平均移近速度為4.3mm/d。頂?shù)装遄畲笠平繛?50mm，頂?shù)装遄畲笠平俣葹?4mm/天，頂?shù)装迤骄平俣葹?mm/天。軌順超前影響范圍70m，劇烈影響范圍45m。

6.3.3 運(yùn)順巷道圍巖變化情況

由表中可以看出，運(yùn)順的變化量較小，在運(yùn)順測區(qū)，即實(shí)體煤巷道,兩幫累計(jì)最大移近量為36mm，兩幫最大移近速度為10mm/d，兩幫平均移近速度為1mm/d。累計(jì)最大頂?shù)装逡平繛?62mm，頂?shù)装遄畲笠平俣葹?5mm/ 天，頂?shù)装迤骄平俣葹?.4mm/天。軌順超前影響范圍60m，劇烈影響范圍45m。

累計(jì)頂?shù)装遄畲笠平?62mm，平均移進(jìn)速度4.4mm/d。超前影響范圍為45m，劇烈影響范圍距煤壁30m 以內(nèi)。

6.3.4 觀測結(jié)果

14317 兩順槽施工大直徑卸壓鉆孔后，順槽兩幫移近量明顯減少，最大為119mm，能夠滿足回采需要，節(jié)省了大量的人力、物力，為工作面安全回采創(chuàng)造了有利條件。

7 結(jié) 論

1）14317 工作面回采前，超前對工作面軌順沿空中等沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了煤層預(yù)卸壓施工，防沖治理工作的提前開展保證了生產(chǎn)的連續(xù)，生產(chǎn)過程中，防沖工作未影響工作面正常推進(jìn)，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2）14317 工作面軌順初采期間受兩側(cè)沿空影響，動壓顯現(xiàn)較明顯，該工作面的安全回采，為類似工作面開采提供了大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。

3）實(shí)現(xiàn)了工作面安全回采，消除了防沖薄弱環(huán)節(jié)，避免了工作面應(yīng)力集中情況下生產(chǎn)，保證了現(xiàn)場施工人員安全。