淺談沖擊地壓工作面危險性的評價方法

杜則銘　劉廣運

摘 要：在煤炭資源開采深度以及開采強度增加的當下，煤礦礦井沖擊地壓等動力災害日益加劇，對煤礦的安全開采產生嚴重威脅。煤礦沖擊地壓現象在礦山開采過程中，是比較常見且容易發生的一種動力現象，通常也是礦山壓力所顯現出來的一種特殊的呈現形式。沖擊地壓是在人為開采擾動下，巖石的原始受力狀態發生變化，原始應力受到破壞，大量彈性應變能積聚在煤巖體內部，受到破壞后應變能突然釋放，導致煤體或者煤巖結構內部失穩，進而引起沖擊破壞。在一些特殊的工程地質背景條件下，沖擊地壓可能還會引發一些其他如煤與瓦斯突出、粉塵爆炸、水災、火災等的礦井災害。

關鍵詞：礦山壓力 呈現 沖擊地壓 巖石應力災害

中圖分類號：TD32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0058-02

沖擊地壓是煤礦生產中遇到的最嚴重災害之一。隨著工程技術的發展，綜采液壓支架在工程中廣泛運用，巷道的支護強度也在不斷提高，導致由于沖擊地壓所造成的井下破壞，逐漸由操作面向巷道中發展。比如，在義馬千秋煤礦“11·3”沖擊地壓事故中，在巷道380 m處破壞最為嚴重，其中有近百米段巷道基本合攏。因此，認識工作面沖擊危險性，發展工作面沖擊危險性評價理論，在施工過程中，對于如何提高沖擊地壓礦井支護的抗沖、防沖能力，成為近年來亟欲研究的重要課題。

1 工作面地質概況

大興礦北二700工作面位于北二采區東北部，工作面地表為農田地，地表平坦，工作面可采走向長600 m；傾斜寬分別為86 m、132 m、30 m。工作面井下標高約為-507～-543 m，埋深約為570～620 m；工作面位于7-2煤層，煤層厚度在5.20～6.35 m之間，平均為5.78 m。該面煤層呈黑色，玻璃光澤，平坦斷口，塊狀構造。煤層垂直節理發育，走向近東西。該工作面煤層結構復雜，一般有3層夾石，夾石厚約為0.28 m。巖性以炭泥巖為主，硬度小。基本頂：巖性為粗砂巖，灰白色，以長石、石英為主，砂泥質膠結。直接頂：巖性以泥巖、粉砂巖為主，泥質膠結，具斜層理和微波狀層理。底板：巖性為粉砂巖、細砂巖。大興煤礦7-2煤層開采工作面具有埋深大、構造復雜（斷層發育豐富）、煤層群開采、臨近采空區等特點，易于出現應力集中和能量積聚，使相鄰工作面開采時動壓顯現明顯（地表建筑物能夠產生顯現），在重力應力場約束作用下保存的構造應力場以及采動造成的集中應力足以使煤（巖）體產生破壞，有發生破壞性動力災害（沖擊地壓）的可能。

2 沖擊危險性評價方法

煤層沖擊地壓危險類型主要為以下4種。（1）重力型：主要受重力作用引發的沖擊地壓，沒有或只有少量構造力的影響。北二700工作面埋深約為570～620 m，屬于深部工作面，具備了發生沖擊地壓的深度條件。（2）結構式：出現問題的地方主要在斷裂帶。沖擊地壓往往會發生在已經發生巖石斷層、褶皺或者煤礦開采面的地方。北二700工作面臨近和揭露多條斷層，且部分斷層影響了工作面的布置，存在較大沖擊地壓危險性。（3）邊界型：主要為巷道開掘和工作面開采形成的采空區和殘留煤柱對工作面的影響。工作面西側為北二701工作面采空區，采掘時受采空側壓影響，存在沖擊地壓危險性。（4）復合型：3種類型相互交錯的現象，與其他破壞情況相比較而言，該類型破壞時的危害更大。根據上述4種煤層沖擊壓力破壞型，關于對此危害性評價的方法如下。

2.1 指數全面分析

指數全面分析是指根據對其所在施工地質條件分析的基礎上結合所有的可能影響壓力的因素，并利用指數函數來表示每個因素的影響程度，最終確定危險情況是否發生。（1）開采地質條件分析壓力危險：大興煤礦7-2煤層九采區北二700工作面地質因素影響下的沖擊地壓危險性指數為Wtl=0.42，介于0.3～0.5之間，因此具弱沖擊危險。沖擊危險主要為煤層煤炮、煤層大埋深、堅硬頂板等引起的應力集中程度。（2）開采狀況分析壓力大小：通過分析開采引起的壓力大小可以發現，站在開采手段的角度分析，北部二區開采面的危險數在0.4左右，所以有弱壓力沖擊危險。主要影響因素為采深、斷層等。

2.2 經驗類比法

根據對大興煤礦北二700工作面導致產生沖擊壓力的工程概況以及開采的手段分析可知，通過結合其他工況分析得到了其他原因。北二700工作面埋深570～620 m，歸屬是深處工作面，而且超過了沖擊低壓的深度。開采面有可能發生斷裂，揭露多條斷層，被斷層所切割，存在沖擊危險。且臨近北二701工作面采空區，在采空區影響范圍內開掘巷道和回采工作面存在安全危險。通過以往經驗分析法可知，由于斷裂帶、煤層、工作區等原因的綜合作用，將北部二區700開采面回采過程中沖擊地壓危險區域、危險等級進行了疊加分析，共劃分了6個沖擊危險區域，其中弱沖擊危險區域為5個，中等沖擊危險區域為1個。則需要對危險區域進行沖擊地壓監測和結尾處理。

3 沖擊地壓危險性評價與結果分析

綜合指數法分析結果是大興煤礦北二700工作面地質因素影響下沖擊地壓危險性指數Wtl=0.42，介于0.3～0.5之間，具有弱沖擊危險；開采技術條件影響下沖擊危險指數為Wt2=0.33，介于0.3～0.5之間，因此具有弱沖擊危險。經驗類比法結果分析根據結果分析為6個沖擊危險區域分布在北二700工作面。其中有5個弱沖擊危險區域，1個中等沖擊危險區域。綜合以上兩種方法的分析結果，依據沖擊地壓分級的方法，北二700工作面沖擊地壓危險性整體上具有中等偏弱沖擊危險。根據綜合指數法計算，北二700工作面在地質條件與開采條件影響下沖擊地壓危險性指數分別是0.42和0.33，綜合分析得出具有弱沖擊危險。由經驗類比法分析，北二700工作面由5個弱沖擊危險區域和1個中等沖擊危險區域組成。綜合分析綜合指數法和經驗類比法的結果，根據沖擊地壓分級方法分析，確定北二700工作面沖擊地壓危險性整體上具有中等偏弱沖擊危險。

4 結語

利用綜合指數法和經驗類比法對北二700工作面進行沖擊地壓危險等級評估。工作面在地質條件和開采條件影響下的沖擊危險指數分別為0.42和0.33，為弱沖擊危險；并且對工作面回采期間劃分了6個沖擊地壓危險區域。分析綜合指數法和經驗類比法評估，確定北二700工作面沖擊地壓危險性整體上具有中等偏弱沖擊危險。根據評定結果必須進行相關的沖擊地壓監測和解危措施，方可進行回采。

參考文獻

[1] 潘一山，李忠華，章夢濤.我國沖擊地壓分布、類型、機制及防治研究[J].巖石力學與工程學報，2003，22（11）：1844-1851.

[2] 潘俊鋒，寧宇.煤礦開采沖擊地壓啟動理論[J].巖石力學與工程學報，2012，31（3）：586-596.

[3] 章夢濤.沖擊地壓失穩理論與數值計算[J].巖石力學與工程學報，1987，6（3）：197-209.

[4] 宋振駭.實用礦山壓力理淪[M].徐州：中國礦業大學出版社，1988.

[5] 潘立友，張立俊，劉先貴.沖擊地壓預測與防治實用技術「M].徐州：中國礦業大學出版社，2006：15-24.