頂板疏水快速回采工作面沖擊地壓機(jī)理及防治措施研究

＊李生亞

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè) 山西 032300）

目前，我國煤炭資源開采過程中，礦區(qū)開采不斷加深，許多礦井在具體開采時(shí)，會面臨的沖擊地壓威脅，這會對煤礦開采的進(jìn)行造成不良影響。對開采礦井進(jìn)行探究可以發(fā)現(xiàn)，開采區(qū)域內(nèi)經(jīng)常會面臨回采速度過快、大面積積水等，這會對開采作業(yè)造成不良影響，如果快速回采經(jīng)過疏水區(qū)時(shí)，發(fā)生了顯著動力現(xiàn)象，這會對煤礦礦井開采造成一定影響?？梢姡瑸榱舜_保開采作業(yè)順利進(jìn)行，必須要從實(shí)際情況出發(fā)，加強(qiáng)對相關(guān)問題的探究。

1.概況

某煤礦的08工作面為該煤礦312采取首采工作面，采煤采取走向長壁綜放方法進(jìn)行，傾向長度為285.8m，平均埋深約為658.7m，煤層平均厚度約為9.31m，煤層傾斜角度主要集中在0°-4°，地質(zhì)整體構(gòu)造十分簡單，直接頂為0.78m厚泥巖，基本頂處地質(zhì)為細(xì)粒砂巖，其厚度約為32.28m，基本底為粉砂巖，其厚度約為9.31m。通過對煤礦所在區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，08工作面頂板富水區(qū)分布不均勻，在掘進(jìn)工作面期間，采用疏水孔提前疏水。

工作面在正常生產(chǎn)期間，出現(xiàn)了沖擊地壓現(xiàn)象，并且在作業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)打煤炮聲，作業(yè)面煤臂出現(xiàn)了大片幫，作業(yè)面前方頂板處出現(xiàn)了大量掉渣，巷幫部分發(fā)生了漏網(wǎng)問題。

通過對煤礦開采現(xiàn)場情況進(jìn)行全面調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，08工作面4d內(nèi)回采速度的平均值為6.5m/d，而且在富水區(qū)疏水影響內(nèi)[1]。針對這一現(xiàn)象進(jìn)行分析可以確定，該沖擊現(xiàn)場出現(xiàn)問題的原因是回采速度過快，超前應(yīng)力過于集中，引起了煤壁大片幫沖擊現(xiàn)象[2]。

2.分析煤礦沖擊地壓機(jī)理

(1)應(yīng)力分布受疏水的影響

開采頂板如果存在富水區(qū)工作面時(shí)，可能會遭受到臨突水潰砂頂板水破壞，這會對后續(xù)相應(yīng)工作開展造成不良影響。因此，進(jìn)行回采時(shí)要做好頂板疏水工作，確保工作面開采安全、高效。工作人員在實(shí)際工作開展期間對疏水前應(yīng)力具體分布情況進(jìn)行全面分析，將該煤礦區(qū)地質(zhì)情況作為作為基礎(chǔ)，構(gòu)建數(shù)值模型，研究不同回采速度對疏水影響區(qū)域用力演化的具體規(guī)律，模型的長為420m，寬度為12m，高為115m，對于邊界要利用位移約束固定。富水區(qū)前后煤層頂板垂直應(yīng)力的具體分布情況如表1所示。

表1 疏水前后煤層頂板垂直應(yīng)分布情況

通過表1中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)能夠看出，富水區(qū)疏水后，會重新分布頂板原巖應(yīng)力和煤層，區(qū)域邊緣處的應(yīng)力會集中在增壓區(qū)域內(nèi)，并且會受疏水影響。

(2)不同回采速度過疏水區(qū)對支承壓力的影響

在回采作業(yè)開展時(shí)，通過不同回采速度由富水區(qū)一側(cè)48.5m外回采到富水區(qū)另一側(cè)48.5m之外，進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，回采速度分別為4.5m/d、6.5m/d、8.5m/d、10.5m/d，在不同回采速度下，對回采到疏水增壓區(qū)和卸壓區(qū)作業(yè)面的壓力分布情況進(jìn)行探討[3]。

(3)模擬采取不同回采速度過疏水增區(qū)情況

在實(shí)際模擬過程中，判斷線為煤體發(fā)生沖擊時(shí)的應(yīng)力判斷線，其數(shù)值約為27.3MPa，通過這一數(shù)據(jù)不難看出，受富水區(qū)增壓影響，回采速度由小到所對應(yīng)的超前支撐壓力峰值不斷提高，這一結(jié)果表明，隨著回采速度加大，經(jīng)過疏水增壓區(qū)形成應(yīng)力集中程也將會進(jìn)一步提高。而在回采速度大小為4.5m/d時(shí)，應(yīng)力峰值并未超過沖擊判斷線，當(dāng)回采速度超過6.5m/d時(shí)，應(yīng)力峰值將會超過沖擊判斷線，滿足了沖擊應(yīng)力的具體條件[4]。

(4)采取不同速度模擬回采過疏水卸壓區(qū)

疏水后卸壓區(qū)，在回采速度不同情況下，超前支承壓力大小如表2所示。

表2 卸壓區(qū)不同回采速度下超前支承壓力大小

通過表2中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，回采速度與支撐壓力峰值兩者呈正相關(guān)，而且在不同地區(qū)回采速度大小也會有所改變，而當(dāng)回采速度達(dá)到8.5m/d時(shí)，應(yīng)力峰值達(dá)到?jīng)_擊臨界應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，頂板富水區(qū)富水后將會形成卸壓區(qū)與增壓區(qū)，如果作業(yè)面回采經(jīng)過疏水區(qū)將會在煤礦開采區(qū)域內(nèi)形成增壓區(qū)，在增壓區(qū)內(nèi)，各項(xiàng)應(yīng)力將會發(fā)生相互疊加，與慢速回采作業(yè)開展進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，容易超過沖擊地壓臨界值，在該情況下，會對回采作業(yè)面產(chǎn)生沖擊，這會對后續(xù)開采作業(yè)的順利進(jìn)行造成不良影響，因此，工作人員提高對這一內(nèi)容的重視。

3.煤礦開采防沖措施分析

(1)提高增壓區(qū)卸壓鉆孔密度

在進(jìn)行煤礦開采作業(yè)時(shí)，經(jīng)常會遇到具有一定危險(xiǎn)性作業(yè)面，回采開展時(shí)，工作人員要提前分析作業(yè)區(qū)域，針對沖擊地壓較為危險(xiǎn)區(qū)域，要提前做好劃分工作，設(shè)置了大直徑預(yù)卸壓?？兀枰⒁獾氖?，在實(shí)際工作開展時(shí)，為了確保巷道圍巖疏水增壓可以長期處于“低應(yīng)力”狀態(tài)，針對附屬邊緣區(qū)前約100m位置處，加密施工卸壓鉆孔，通過上述方式處理，從而達(dá)到提高增壓區(qū)卸壓鉆孔密度的目的，確保煤礦開采工作順利進(jìn)行[5]。

(2)增壓區(qū)進(jìn)行預(yù)斷頂

工作人員對煤礦工作面區(qū)域內(nèi)2條巷道疏水增壓前后48.5m范圍內(nèi)，開展爆破或水壓方式致裂預(yù)斷頂，通過該處理方式，能夠大幅度降低工作面過疏水增壓而帶來的各種安全隱患。

(3)補(bǔ)強(qiáng)疏水影響區(qū)域支護(hù)

為了減緩圍巖變形情況的發(fā)生，避免發(fā)生嚴(yán)重事故，對富水邊緣前100m范圍內(nèi)，要補(bǔ)強(qiáng)巷道頂板和幫部支護(hù)，而且要加設(shè)1排支架，從而使超前被動支護(hù)整體強(qiáng)度能夠得到進(jìn)一步提高，確保其能夠滿足應(yīng)用需求。

(4)調(diào)整疏水影響區(qū)域內(nèi)回采速度

依據(jù)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以確定，工作人員可以降低回采作業(yè)速度，確保開采作業(yè)安全性，但是不得盲目降低回采速度，這主要是因?yàn)檫^慢的回采速度會降低煤礦開采時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益[6]。由此可見，在實(shí)際開采期間，為了兼顧安全、經(jīng)濟(jì)、能源應(yīng)用等各項(xiàng)內(nèi)容，因此，要在疏水影響區(qū)內(nèi)，對回采速度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在實(shí)際問題分析期間，依據(jù)微震監(jiān)測與數(shù)據(jù)模擬，在回采疏水增壓區(qū)時(shí)，當(dāng)回采速度在4.5m/d以內(nèi)時(shí)，并未達(dá)到?jīng)_擊條件。回采疏水卸壓區(qū)時(shí)，可以依據(jù)該區(qū)域情況，提高回采速度，讓回采速度達(dá)到8.5m/d，此時(shí)應(yīng)力峰值將會達(dá)到?jīng)_擊臨界值，通過微震監(jiān)測，能量釋放仍然處于較低水平，可見，在回采疏水卸壓區(qū)域時(shí)，要適當(dāng)調(diào)整回采速度，讓其大小保持在8.5m/d以內(nèi)，以該速度進(jìn)行回采，不僅能夠確保開采安全，而且能夠滿足開采需求，同時(shí)能夠獲取不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)語

依據(jù)煤礦開采實(shí)例對頂板疏水快速回采工作面沖擊地壓機(jī)理進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對煤礦開采防沖措施分析，通過合理措施確保煤礦安全開采，為人們提供豐富的煤礦資源，促進(jìn)煤礦行業(yè)健康發(fā)展。