微山金源煤礦23下18 工作面危險性評估及防沖方案設(shè)計

李 楊

（山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟南 250104）

1 23下18 工作面概況

工作面埋深658～756 m，寬192.9 m，位于23上20 工作面以東，作為23上20 工作面的接續(xù)面，上部為23上18、23上20 采空區(qū)，23下18 皮帶順槽內(nèi)錯23上18 采空區(qū)14 m 布置皮帶順槽，23下18 軌道順槽Ⅱ段在23上20 采空區(qū)下布置。該工作面地層總體呈一傾向北的單斜構(gòu)造，煤層傾角4°～14°，平均9°。多條斷層發(fā)育，斷層構(gòu)造應力與工作面超前支承應力疊加，可能影響工作面回采[1]。

2 危險性因素分析

（1）采深影響

23下18 工作面標高-626～-723 m，地面標高+32.4～+33.4 m，最大開采深度約756 m。

（2）煤巖結(jié)構(gòu)影響

① 基本頂?shù)某醮纹茢嚯A段

參照相鄰工作面開采資料，基本頂初次來壓步距約為18 m。考慮基本頂初次來壓強度較大，工作面在承壓過程中應加強頂板支護，以提高支架的初支護力。

② 工作面“見方”階段

當工作面在“見方”后，工作面上覆頂板破裂高度基本達到極限，并且與相鄰采空區(qū)上層頂板一同發(fā)生周期性的大面積運動。工作面寬度192 m，當工作面推進到192 m 時，工作面發(fā)生“見方”。在工作面“見方”階段，采空區(qū)上覆巖層運動范圍大，造成巖層的劇烈破壞，釋放大量的彈性能，大大增加了工作面的沖擊危險性。

（3）斷層影響

工作面范圍內(nèi)賦存多條斷層，對工作的采動應力分布有顯著影響。巷道掘進至斷層影響區(qū)域后，斷層構(gòu)造應力與掘進工作面超前支承應力疊加，導致斷層附近的支承應力增高。但工作面兩個順槽處于采空區(qū)下卸壓保護狀態(tài)，因此，構(gòu)造應力得到釋放，降低了構(gòu)造應力對回采過程中的影響，而煤柱下方工作面處于斷層影響區(qū)的部分沖擊危險性將會提升。

（4）巷道交岔影響

根據(jù)工作面開采設(shè)計，兩順槽與聯(lián)絡巷之間存在多處巷道交岔點。交岔巷道區(qū)域頂板懸露面積較大，應力集中程度較高，圍巖所受的應力可能大于煤層的屈服強度，變形破壞嚴重，導致圍巖對巷道頂板支撐能力下降，巷道失穩(wěn)進一步加劇，誘發(fā)沖擊地壓。

（5）停采線影響

停采線外側(cè)區(qū)域受工作面末期超前支承壓力影響，煤體處于承壓狀態(tài)，加之工作面回撤采動影響，具有一定的沖擊危險性，停采線前60 m 范圍巷道需加強沖擊危險性監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)危險及時進行卸壓解危處理。

（6）煤層群開采影響危險區(qū)

因工作面軌道順槽和切眼部分區(qū)域布置在煤柱下，因上部煤層開采遺留的煤柱對工作面靜載加壓，容易引起下層煤應力集中，部分外錯巷道處于上部采空區(qū)遺留煤柱的應力集中區(qū)，增加了下層煤開采的沖擊危險性。

3 23下18 工作面危險性指數(shù)

根據(jù)工作面地質(zhì)條件和開采條件，確定的沖擊礦壓危害危險狀態(tài)等級評定的綜合指數(shù)見表 1、表2。

表1 地質(zhì)條件因素確定的沖擊地壓危險指數(shù)

表2 開采技術(shù)因素確定的開采沖擊地壓危險指數(shù)

綜合以上地質(zhì)因素與開采技術(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，可得23下18 工作面沖擊危險指數(shù)為：

Wt=max{Wt1，Wt2}=max{0.24，0.33}=0.33

綜合判定其沖擊危險等級為弱沖擊危險。

4 工作面危險區(qū)域劃分

根據(jù)多因素評價，將危險區(qū)域位置、危險程度進行疊加并結(jié)合每類因素所造成的不同危險水平，將工作面危險區(qū)域劃分為10 個中等沖擊危險區(qū)域，具體位置見表3，多因素耦合疊加沖擊危險區(qū)如圖1[2]。

圖1 23下18 工作面沖擊危險區(qū)域劃分

表3 回采期間估計危險區(qū)

5 沖擊地壓危險監(jiān)測方案

通過對金源礦23下18 工作面具體地質(zhì)、開采技術(shù)條件等綜合分析，動靜載力共同作用下導致了沖擊地壓的發(fā)生。對于23下18 工作面回采期間沖擊地壓危險監(jiān)測，可采用微震監(jiān)測、鉆孔應力監(jiān)測、鉆屑法檢測等綜合進行。

在回采過程中，根據(jù)危險區(qū)域的劃分，對存在沖擊危險的區(qū)域運用相應的防治措施，并及時采取監(jiān)測手段進行效果檢驗，確保所用措施能夠降低甚至消除沖擊危險。工作面開采過程中運用的主要措施包括大孔徑卸壓、煤體卸壓爆破、底煤大孔徑卸壓或爆破卸壓等方法[3]。

（1）過斷層防沖措施。工作面在沖擊危險區(qū)回采過程中遇斷層時，應加強防沖監(jiān)測，當距斷層（斷層落差大于3 m）30 m 時，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。

（2）初采、初次來壓、見方來壓期間的防沖設(shè)計。工作面在初次來壓前后20 m 范圍，應加強防沖監(jiān)測，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。見方期間，距離切眼172～252 m 范圍內(nèi)，應加強防沖監(jiān)測，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。

（3）工作面回采末期的防沖設(shè)計。工作面回采末期，在停采線前方60 m 范圍，應加強防沖監(jiān)測，每天必須對巷道兩幫利用鉆屑法進行一次煤粉量檢驗，孔間距不大于20 m。

6 其他防護措施

研究沖擊地壓的主要目的是保障礦山安全生產(chǎn)，不僅要研究沖擊地壓的預測預報和綜合防治，還應加強制度管理，以避免或減少由沖擊礦壓事故帶來的危害和損失。為此，23下18 工作面還需制定其他措施：

（1）頂板管理措施：分正常時期和特殊時期的頂板管理措施。

（2）個體防護措施：建立相關(guān)制度，進行統(tǒng)一管理。

（3）設(shè)備及物料管理措施：合理規(guī)置設(shè)備物料，統(tǒng)一管理，安全使用。

（4）應急處置措施：應與鄰近救援機構(gòu)長期合作。

7 主要結(jié)論

（1）23下18 工作面沖擊危險狀態(tài)等級評定綜合指數(shù)為0.33，為弱沖擊危險性。其中，開采技術(shù)因素占較大比例，工作面采深、斷層以及基本頂?shù)某醮纹茢?、見方等起主要影響作用。工作面推進過程中始終伴隨沖擊危險。

（2）根據(jù)23下18 回采工作面沖擊危險性評價結(jié)論，結(jié)合工作面實際情況，工作面宜采取區(qū)域、局部監(jiān)測和定點監(jiān)測相結(jié)合的方式。工作面回采過程中的沖擊地壓危險監(jiān)測可通過微震監(jiān)測、鉆孔應力監(jiān)測、鉆屑法檢測等手段綜合進行[4]。在回采過程中，按照危險區(qū)域劃分，對存在沖擊危險的區(qū)域運用相應的防治措施，并及時采取監(jiān)測手段進行效果檢驗，確保所用措施能夠降低甚至消除沖擊危險。工作面開采過程中運用的主要措施包括大孔徑卸壓、煤體卸壓爆破、底煤大孔徑卸壓或爆破卸壓等方法。