軟巖煤層不規(guī)則煤柱對沖擊地壓的影響

李 俊

（國家能源集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古烏海016000）

1 礦井及工作面概況

國家能源集團(tuán)烏海能源公司老石旦煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)桌子山煤田西翼的老石旦礦區(qū)，行政區(qū)劃屬烏海市海南區(qū)管轄[1]。老石旦煤礦技改完成后采用主斜井—副斜井—回風(fēng)立井混合式開拓方式，采用單一水平采區(qū)式開采，共劃分南采區(qū)、北一采區(qū)、北二采區(qū)，北三采區(qū)四個采區(qū)?，F(xiàn)南采區(qū)、北一采區(qū)和北二采區(qū)已全部開采結(jié)束，并封閉完畢。礦井共布置主斜井、緩坡副斜井、回風(fēng)立井三個井筒。老石旦煤礦通風(fēng)方式為中央分列式，通風(fēng)方法為抽出式，全礦有4個井筒，其中主斜井、技改副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)?；仫L(fēng)立井安裝了兩臺主要通風(fēng)機(jī)，一臺運(yùn)轉(zhuǎn)，一臺備用，F(xiàn)BCDZ-№23，功率2×132kW，通風(fēng)阻力1760Pa，主扇風(fēng)量為5454m3/min[2]。

031604工作面位于北三采區(qū)16#煤層，屬穩(wěn)定的中厚煤層。工作面煤層傾角1°～4°，煤層平均總厚度為8.8m，純煤平均厚度為7.5m，含3～4層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層走向為147°，傾向為237°。煤層可采指數(shù)為1，變異系數(shù)15%，煤層賦存較穩(wěn)定，該工作面煤層較松軟，局部頂板可能破碎。工作面走向全長約2500m，工作面分南北翼部分，南翼部分走向長1060m，北翼部分走向長1440m，現(xiàn)南翼部分剩余73.8m（含三條下山44.76m），北翼還未開采，031604 工作面南翼部分開采時，傾斜長264m，南翼過舊系統(tǒng)三條下山開采結(jié)束后，要求變?yōu)閱我黹_采，變成單一開采后進(jìn)行縮面形成不規(guī)則煤柱，此時工作面傾斜長為213m，近水平煤層。如圖1所示。

圖1 031604工作面模擬俯視圖

2 支架應(yīng)力監(jiān)測及運(yùn)用FLAC3D[3]模擬分析

2.1 031604工作面支架工作情況

自2018 年6 月1～15 日，取15d 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖2所示：通過統(tǒng)計分析可以看出整個工作面支架阻力平均值在14～19MPa 之間，整個工作面最大阻力不超過32MPa，從觀測的支架阻力數(shù)值來看，031604工作面發(fā)生沖擊地壓危險性較小。

2.2 運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬031604工作面縮面后應(yīng)力集中情況

基于回采工作面031604 推進(jìn)，逐漸臨近采空區(qū)031601 工作面，為了形成合理煤柱進(jìn)行一次縮面形成80m煤柱及與采空區(qū)031601相鄰時形成30m煤柱時煤柱中應(yīng)力集中情況。

圖2 031604工作面15d支架阻力變化情況

圖3 031604工作面開采到縮面位置的應(yīng)力分布圖

（1）如圖3：當(dāng)工作面推進(jìn)時，031604工作面與采空區(qū)03601工作面之間會形成80m煤柱，煤柱的應(yīng)力峰值與工作面未開采時相比較，有明顯升高，峰值為8.58MPa 且集中在煤柱中心部位，此時煤柱處于應(yīng)力平衡狀態(tài)。

圖4 031604工作面縮面后開采50m時的應(yīng)力分布圖

（2）如圖4：031604工作面一次縮面后與031601工作面形成60m 煤柱時，煤柱中應(yīng)力升高，峰值達(dá)到9.21MPa，此時煤柱扔處于應(yīng)力平衡狀態(tài)。

圖5 031604工作面縮面后開采200m時的應(yīng)力分布圖

（3）如圖5：031604 工作面一次縮面后繼續(xù)推進(jìn)與031601 采空區(qū)形成30m 煤柱，其煤柱的應(yīng)力峰值為9.20MPa，應(yīng)力峰值集中在031604實體煤一側(cè)，此時煤柱應(yīng)力平衡。

圖6 031604工作面縮面后開采400m時的應(yīng)力分布圖

（3）如圖6：031604工作面推進(jìn)與031601采空區(qū)形成200m 長30m 寬煤柱時，煤柱的應(yīng)力峰值下降到8.94MPa，此時30m 煤柱區(qū)域應(yīng)力集中較小，應(yīng)力峰值集中在031604實體煤一側(cè)，此時煤柱應(yīng)力平衡。

3 沖擊地壓危險性評價

3.1 影響沖擊地壓發(fā)生的地質(zhì)因素及指數(shù)

通過對031604 工作面的危險因素進(jìn)行評定，并對其評定結(jié)果計算。

計算的到的沖擊地壓危險因素指數(shù)為Wt1

得出影響沖擊地壓的地質(zhì)因素為Wt1=0.41。

3.2 影響沖擊地壓危險狀態(tài)的開采技術(shù)因素及指數(shù)

（1）根據(jù)開采技術(shù)條件、開采歷史，煤柱、停采線等這些開采歷史和開采技術(shù)因素，確定相應(yīng)的影響沖擊地壓危險狀態(tài)的指數(shù)，從而為沖擊地壓的預(yù)測預(yù)報和危險性評估、沖擊地壓的治理提供依據(jù)。

（2）根據(jù)影響沖擊地壓危險狀態(tài)的開采技術(shù)因素，經(jīng)計算沖擊地壓危險指數(shù)為0.24。

（3）用下式來確定采掘工作面周圍開采技術(shù)條件對沖擊地壓危險狀態(tài)的影響程度及沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)Wt2。

（4）以上給出了采掘工作面周圍地質(zhì)因素和采礦技術(shù)因素對沖擊地壓的影響程度及沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定的指數(shù)Wt1和Wt2的具體表達(dá)式，根據(jù)這兩個指數(shù)，用下式就可以確定出采掘工作面周圍沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定的綜合指數(shù)Wt。

（5）式中，Wt為某采掘工作面的沖擊地壓危險狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)，以此可以圈定沖擊地壓危險程度。

根據(jù)以上分級，確定031604 工作面沖擊危險綜合指數(shù)為0.24，為無沖擊危險。

4 結(jié)論

（1）分析了老石旦煤礦031604 工作面地質(zhì)條件及開采條件，以支架數(shù)據(jù)分析可知：無強(qiáng)烈開采擾動條件下不會發(fā)生沖擊地壓事故。

（2）采用FLAC3D數(shù)值模擬分析了老石旦煤礦031604 工作面開采過程中的應(yīng)力分布及其演化規(guī)律；分析了031604工作面推進(jìn)和采空區(qū)形成不規(guī)則煤柱中的應(yīng)力集中情況。

（3）采用綜合指數(shù)法對老石旦煤礦031604 工作面沖擊地壓危險性進(jìn)行了評估，結(jié)果表明，老石旦煤礦031604 工作面不具備發(fā)生沖擊地壓的可能性，屬于無沖擊地壓危險礦井，按照常規(guī)管理進(jìn)行開采即可。