不規(guī)則停采線煤柱高應力下大采高工作面末采期間沖擊地壓監(jiān)測分析研究

齊建峰

（鄂爾多斯市伊化礦業(yè)資源有限責任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

0 引言

母杜柴登礦井30208 綜采工作面位于母杜柴登礦井西南部，為302 盤區(qū)南翼最西側(cè)的回采工作面，開采3-1 煤層，東鄰設計的30207 工作面，南鄰井田邊界保護煤柱，北鄰大巷保護煤柱線。30208 綜采工作面走向長5956m，傾向長300m。可采面積為1786800m2，該工作面煤層平均厚度5.92m，可采儲量1259 萬噸，設計采高5.92m。30208 工作面已回采了近5868m，因30208 工作面停采線煤柱與30207 工作面停采線煤柱距離為165m，屬不規(guī)則停采線，剩余20 余米，回采期間產(chǎn)生了大量的能量事件，對末采至不規(guī)則煤柱及工作面回撤造成較大的沖擊地壓防治壓力，通過相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，有效指導防治措施的技術(shù)優(yōu)化，確保安全回撤[1]。

1 30208 工作面末采期間致災性分析

當30208 工作面進入末采階段后，工作面不斷推進，直到靠近主回撤通道時，前方實體煤受到超前壓力的影響，并且其逐漸向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，在其達到應力峰值時使巷幫煤體垮落[2]。當回采工作面與主回撤通道貫通時，雙回撤通道間的留設煤柱會形成應力升高區(qū)和應力降低區(qū)，即主回撤通道巷幫出現(xiàn)應力集中，工作面的超前支承壓力與巷道支承壓力疊加使回撤通道圍巖壓力加劇，容易發(fā)生巷道失穩(wěn)破壞[3]。因母杜柴登煤礦近距離關(guān)鍵層厚度較大、破斷距大，隨著30208 工作面進入末采階段，工作面采空區(qū)懸露頂板關(guān)鍵層厚度大，其破斷距較大，工作面靠近回撤通道，其煤層上方的超前壓力逐漸向回撤通道一側(cè)轉(zhuǎn)移，導致回撤通道圍巖應力集中程度進一步增加。其走向破裂峰值區(qū)位于工作面超前區(qū)域，此類破裂產(chǎn)生的動載是巷道動載誘沖主要力源，易導致沖擊地壓事故。同時，2-2 煤上覆關(guān)鍵層厚度較大，破裂誘發(fā)大能量事件，甚至礦震事件的危險也客觀存在。

2 30208 工作面大能量事件分布特征分析

2.1 30208 工作面1.0E+03J 以上微震能量分布

為探究30208 工作面誘發(fā)大能量事件的關(guān)鍵層，進一步分析工作面大能量級別事件的微震集中分布區(qū)域，對30208 工作面回采至今的大能量級別事件進行歸納統(tǒng)計，如表1 所示。

表1 工作面大能量事件統(tǒng)計

由表1 可以看出，2022 年共出現(xiàn)6 次大能量事件，其中1 月份的2 次大能量事件距回撤通道110m 左右，2月份出現(xiàn)的4 次大能量事件均出現(xiàn)在主輔回撤通道區(qū)域。

（1）在初采期間出現(xiàn)少量的1.0E+03J 級別的微震事件，并且多集中分布在煤層頂板巖層由薄變厚的區(qū)域；在工作面“見方”區(qū)域出現(xiàn)少量的1.0E+03J 級別的微震事件主要集中分布在煤層頂板巖層由厚變薄的區(qū)域及構(gòu)件主要集中分布在煤層頂板巖層由薄變厚的區(qū)域。

（2）在腰巷附近的1.0E+03J 級別微震事件逐漸增多，并且集中分布在煤層頂板巖層由厚變薄的區(qū)域。

（3）在工作面末采階段的1.0E+03J 級別微震事件出現(xiàn)陡增趨勢，該階段的微震事件主要集中分布在巨厚的砂巖層區(qū)域。

通過以上分析可以看出，30208 工作面的1.0E+03J級別微震事件分布與巖層厚度變化有關(guān)，同時在巖層由薄變厚的區(qū)域3 次微震事件分布更為集中。

2.2 30208 工作面末采期間微震能量、頻次走向及傾向分布

為進一步分析工作面在末采階段微震走向及傾向的分布特征，分別按照不同時間區(qū)段對微震事件借助固定工作面的方法進行分布討論分析。

由末采微震能量、頻次走向及傾向表明，當工作面推進至距離回撤通道80 ～120m 時，規(guī)律大致相同，微震能量主要以回風巷正幫0 ～100m 區(qū)域為主，并且在靠近膠運巷100 處出現(xiàn)小的能量峰值區(qū)，主要是受向斜的影響，導致微震分布主要集中在向斜軸附近。

3 基于30208 工作面末采期間CT 反演結(jié)果

利用地震CT 透射技術(shù)對30208 工作面回撤通道以里300 ～450m 的范圍進行沖擊危險性探測，對工作面高應力區(qū)、高應力差區(qū)進行劃定?；诜治鲋鲃邮紺T 探測結(jié)果，主要將30208 工作面輔助運輸巷向面里11m ～66m劃分為應力集中區(qū)，輔回撤通道向膠帶運輸巷83m 范圍劃分為應力集中區(qū)。針對本次監(jiān)測結(jié)論，共圈定2 處弱沖擊危險區(qū)域，均處于停采線煤柱區(qū)，建議措施如下。

（1）因一處區(qū)域受沖刷帶影響，屬于波速異常區(qū)，需加強該區(qū)域回采期間支護管理；另一區(qū)域受沖刷帶褶曲地質(zhì)構(gòu)造影響，應力相對較高，需對煤巷段進行鉆屑法檢驗，并對微震、應力在線監(jiān)測情況判定存在沖擊危險時，進行解危卸壓處置。

（2）30208 工作面生產(chǎn)后嚴格落實限員管理制度。綜合沖擊地壓與現(xiàn)場生產(chǎn)條件，分析判定存在沖擊地壓危險時應及時采取卸壓措施，并采取加強支護措施，保證加強支護的區(qū)域要完整覆蓋危險區(qū)。

（3）主動式CT 探測屬于靜態(tài)應力場探測，工作面前方應力場隨著工作面推采及上覆巖層斷裂、運動而變化。因此，沖擊危險區(qū)及等級也可能發(fā)生動態(tài)變化，現(xiàn)場須根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和鉆屑監(jiān)測，綜合判定危險區(qū)動態(tài)變化，并及時調(diào)整綜合防沖措施[4]。

4 30208 末采期間垛式支架應力分布

根據(jù)垛式支架應力分析，在末采150m 時出現(xiàn)應力上升，在剩余80m 時受工作面回采超前應力影響開始大范圍上升，因此在回撤通道末采100m 時，回撤通道采取禁員措施。

（1）根據(jù)回撤通道應力進行分析。輔回撤通道應力在末采236m 左右應力個別出現(xiàn)升高，應力急劇上升在末采130m 左右。主回撤通道煤柱幫應力在距離回采工作面208m 左右應力個別出現(xiàn)升高，應力急劇上升在末采115m左右。主回撤通道幫應力在距離回采工作面240m 左右應力個別出現(xiàn)升高，應力急劇上升在末采120m 左右?；爻吠ǖ缿Τ跏忌叻秶┎?00 ～240m 左右，個別應力開始上升。

（2）末采主回撤、回采幫兩端頭應力均出現(xiàn)上升，輔回撤通道、主回撤通道煤柱兩端30m 范圍應力平穩(wěn)。

（3）受工作面超前壓力影響，應力黃色預警區(qū)域為末采130 ～170m 范圍，建議黃色預警區(qū)進行限員管理，所有卸壓工程應在黃色預警前施工完畢；紅色預警區(qū)域為末采0 ～130m 范圍，進入紅色預警區(qū)后采取禁員管理，不能進入回撤通道進行解危工程施工。

（4）應力峰值區(qū)集中在末采10 ～50m 范圍內(nèi)，如果留設雙回撤通道建議主輔回撤通道之間煤柱不小于60m，就避免輔回撤通道處于超前應力峰值區(qū)域內(nèi)?；爻吠ǖ缿Τ跏忌叻秶┎?00 ～240m 左右，回撤通道以及工作面膠運巷和回風巷采取預卸壓措施提前250m 防沖工程做完。根據(jù)應力黃色預警區(qū)域為末采130 ～170m 范圍，建議工作面兩巷超前支護距離不少于170m。

（5）當應力達到提示預警，及時采取相應的預警處置措施，對預警點實施卸壓鉆孔或者煤層爆破鉆孔施工，再進行鉆屑校驗，鉆屑量低于預警指標，從而解除預警，

5 卸壓防治措施效果分析

由于微震能量數(shù)據(jù)可明確能量事件的產(chǎn)生多由于2-2中煤上方厚硬中砂巖破裂導致。

對于30208 面末采100m 階段，將該階段工作面回風巷距主回撤通道0 ～100m 以及回風巷道正邦以里50m范圍內(nèi)的微震事件進行了統(tǒng)計。30208 工作面末采期間回風巷距主回撤通道0 ～100m 以及回風巷道正邦以里50m 范圍內(nèi)的微震事件垂向分布。

（1）礦震能量與頻次主要分布在煤層及其頂板37.93m以下區(qū)域，極少部分的礦震分布在高位頂板40.03 ～60m區(qū)域，并且在煤層中的礦震呈現(xiàn)“高能低頻”狀態(tài)，在頂板中的礦震呈現(xiàn)“高頻低能”狀態(tài)。

（2）在非施工預裂爆破區(qū)域巖層中，微震事件占比達到了27.3%，隨著巖層的增加礦震能量與頻次逐漸降低，直到爆破區(qū)域巖層中基本不出現(xiàn)礦震活動，說明頂板預裂爆破使得低位巖層破斷擾動降低，對于沖擊地壓的防治起到較好作用。

6 結(jié)語

（1）通過工作面末采期間微震分析得到，微震能量的走向分布主要集中在30208 工作面超前100m 及滯后方采空區(qū)50m 內(nèi)。其中能量峰值區(qū)超前工作面0 ～40m，滯后工作面0 ～50m 范圍，該區(qū)間為微震能量劇烈影響區(qū)，主要原因為煤層上覆頂板（O-X 型）破裂[5]造成超前和滯后工作面40 ～50m 位置頂板裂隙或者破斷。

（2）從微震走向看，當工作面推進至距離主回撤通道120m 時，微震事件的集中區(qū)域由工作面前方實體煤區(qū)域逐漸發(fā)育到回撤通道巷道群區(qū)域，建議應加強對該區(qū)域的監(jiān)測，末采130m 時，回撤通道采取禁員措施。末采微震能量峰值區(qū)域為距離膠運巷160 ～230m，建議末采期間加強該區(qū)域范圍工作面頂板管理，末采回撤通道微震能量峰值區(qū)為臨近回風巷100m 范圍，建議加強該范圍內(nèi)支護。

（3）在工作面推采至回撤通道間距大于190m 時，支架工作阻力整體保持在30MPa 以下。當工作面推過至回撤通道間距小于190m 階段時，工作阻力逐步上升并保持在30 ～48MPa 左右，一般情況末采煤層高位頂板在采空區(qū)后方破裂，受回撤通道影響，末采超前應力達到回撤通道頂板時，回撤通道頂板動載擾動開始破裂，造成回撤通道附近能量事件發(fā)生[6]。

（4）沖擊地壓采煤工作面采取走向長臂勻速推采[7]及采取相關(guān)頂板措施，促使采空區(qū)頂板及時有效垮落，這是避免發(fā)生沖擊地壓的關(guān)鍵。