平煤十一礦己₁₅—2090工作面壓力特征探討

查濤杰 張耀華

【摘要】己₁₅-22090工作面為十一礦己₁₅煤層首采工作面，巷道開口標(biāo)高為-649m，埋藏較深。根據(jù)鉆孔揭露和鄰近層開采統(tǒng)計(jì)資料，以及本煤層機(jī)、風(fēng)巷掘進(jìn)工作面的施工觀測，得知本煤層壓力較大。由于位于上部的已14煤層和下部的已16～17，煤層均已回采結(jié)束，原有巖體的應(yīng)力平衡已經(jīng)破壞，頂?shù)装鍓毫Ω飨虍愋酝癸@。通過分析影響工作面壓力失穩(wěn)的地質(zhì)因素，探討采場應(yīng)力狀態(tài)變化的機(jī)理，從而調(diào)整工作面布局。并對應(yīng)力變化異常區(qū)采取措施，預(yù)防事故的發(fā)生，為回采的順利進(jìn)行提供理論指導(dǎo)。并把壓力的特征性認(rèn)識進(jìn)一步拓展，以提高其實(shí)用性價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】22090 工作面 地質(zhì)因素 機(jī)理 壓力特征 彈性應(yīng)力狀態(tài)

一、引言

十一礦是平煤集團(tuán)唯一開采急傾斜煤層的礦井。井田東西走向長約7公里，傾斜寬約3公里，井田范圍23.5平方公里，可采煤5組9層，地質(zhì)儲量2.26億噸，深部為無限井田，煤炭儲量豐富，發(fā)展后勁充足。己₁₅-22090工作面為十一礦己₁₅煤層首采工作面，埋深平均為793米，地勢北高南低。由于埋藏較深，預(yù)計(jì)壓力比較大。己₁₅-22090風(fēng)巷位于二水平己二東翼采區(qū)。在已16-17-22071機(jī)巷45#點(diǎn)東96.5m處開口，按照N：180°掘進(jìn)10.806m后，按N：120°再掘進(jìn)20m后，按+16°施工至己₁₅煤層，其中沿已16-17煤層施工長度30.806m。其南面與已16-17-22071機(jī)巷相鄰，上部為未采動的己₁₅煤層，層間距為11m，下部為不可采的庚組煤層，層間距為40m，巷道開口標(biāo)高為-649m，終點(diǎn)標(biāo)高預(yù)計(jì)為-670m，采用爆破掘進(jìn)施工，沿已16-17煤層頂板進(jìn)尺，凈斷面為13.29m2。

二、研究區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

根據(jù)鉆孔揭露情況表明，己₁₅煤層直接頂為4.3m厚的砂質(zhì)泥巖或泥巖局部為砂巖，灰色，含植物化石。老頂為細(xì)至中粒砂巖，灰及灰白色（K14和K13）。煤底直接底為4.5米厚的砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖，灰白色。老底為10米厚砂質(zhì)泥巖夾條帶狀細(xì)砂巖，局部為細(xì)砂巖，灰色或灰白色（K15）。地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，局部頂板破碎，51#勘探線以西直接頂下方1.0m左右，存在已14煤層，厚1.05m左右；掘進(jìn)575m左右將揭露一落差4.2m的逆斷層。水文地質(zhì)條件中等，受頂板K14和K13砂巖裂隙含水層影響。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)得知，涌水量5m3/h～lOm3/h。甲烷含量：6.49m3/噸，瓦斯絕對涌出量為0.5～1m3/min左右，己₁₅煤層段按高沼管理。

工作面所處地段煤層厚度在為7.1m左右。煤層結(jié)構(gòu)簡單，僅局部存在一層0.3～0.8m厚的軟煤，煤層松軟，滑面構(gòu)造發(fā)育，呈末狀，整個(gè)煤層破壞類型為Ⅱ～Ⅲ類。煤層直接頂為1.0～2.7m左右厚的泥巖或砂質(zhì)泥巖互層，平均2.0m，層里、節(jié)理皆發(fā)育，局部夾0.1～0.2m厚的煤線1～2層，易脫層冒落。老頂為10.4～18.3m，平均14.4m厚左右的砂質(zhì)泥巖或砂巖；直接底板為塊狀泥巖，厚2.3～8.1m，局部夾L1灰?guī)r，遇水膨脹松軟，老頂為L2灰?guī)r。該面所在煤層煤種為1/3焦煤，灰分為8.72-33.67%，平均為15.49%，屬低灰一中灰煤，水分2.65%，揮發(fā)份31.95%，己₁₅煤層為單斜構(gòu)造。

三、己₁₅-22090工作面壓力特征研究

礦壓作為煤礦生產(chǎn)的主要自然災(zāi)害之一，直接威脅著作業(yè)人員的生命安全，同時(shí)也是制約礦山生產(chǎn)效率的直接因素。巖體開采后，支承壓力由垂向狀態(tài)逐步變?yōu)槿驙顟B(tài)。所以研究工作面應(yīng)力狀況，合理布局工作面構(gòu)架，并采取有效措施，預(yù)防事故發(fā)生，很有必要。

（一）22090工作面鄰近層圍巖壓力場

由于位于上部的已14煤層和下部的已16～17煤層均已回采結(jié)束，原有巖體的應(yīng)力平衡已經(jīng)破壞，并達(dá)到了新的平衡點(diǎn)，壓力各向異性凸顯。機(jī)理解釋主要有以下兩個(gè)個(gè)方面：（1）上下鄰近煤層開采引起的圍巖變形，主要表現(xiàn)為在重新分布的應(yīng)力作用下巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面的變形和移動。巖體移動受諸多因素的影響，如采礦方法、開采過程、巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)造、礦體埋藏深度、地下水及地震等。（2）圍巖的冒落帶、裂隙帶和彎曲帶逐步擴(kuò)大，三帶的空間形態(tài)發(fā)生了變化，張力有逐漸變大的趨勢。

（二）22090工作面本煤層的壓力狀態(tài)

根據(jù)22090工作面機(jī)、風(fēng)巷掘進(jìn)揭露的情況判斷，該采場斷層不是很發(fā)育，頂?shù)装宓拿芊庑暂^好。由于上下煤層回采所造成的釋壓作用，圍巖有一定的形變痕跡，根據(jù)《防突管理規(guī)定》對己₁₅煤層選定了預(yù)測指標(biāo)：鉆孔瓦斯涌出初速度法（q值），選定該指標(biāo)臨界值為3.5L/min；鉆屑量法（s值），該指標(biāo)臨界值為5kg/m。結(jié)果表明煤層瓦斯壓力與鄰近層相比有所減小。這些現(xiàn)象是工作面應(yīng)力平衡狀態(tài)發(fā)生變化的直接后果。

（三）斷層裂隙帶對22090工作面的應(yīng)力影響

在上覆巖層中，發(fā)現(xiàn)了橫、豎向?qū)严稁В茼敯錕14和K13砂巖裂隙含水層的影響而形成新的水力聯(lián)系通道。在下伏巖層中，由于裂隙水浸透泥巖而膨脹，出現(xiàn)了地鼓現(xiàn)象。地鼓點(diǎn)為應(yīng)力集中點(diǎn)，對生產(chǎn)會造成不利的影響，對此已采取了措施并通過了驗(yàn)收。頂?shù)装逯写嬖诘臄鄬釉诘V壓作用下重新活動，形成應(yīng)力集中區(qū)，在生產(chǎn)實(shí)際中要引起足夠的重視，合理安排工程進(jìn)度。工作面及鄰近層頂?shù)装鍘r層中存在大量的節(jié)理裂隙和規(guī)模不等的斷層。這些不連續(xù)面的存在，在采動影響下易于“活化”，對礦壓分布規(guī)律的影響十分明顯，所以易于發(fā)生冒頂事故和其他礦井動力地質(zhì)現(xiàn)象。因此，在回采工作面過斷層時(shí)一定要加強(qiáng)頂板支護(hù)與管理。

四、結(jié)論

應(yīng)力展布結(jié)構(gòu)面對頂?shù)装宸€(wěn)定性的影響，不僅決定于結(jié)構(gòu)面本身特征，而且與結(jié)構(gòu)面的組合及其產(chǎn)狀與工作面的推進(jìn)方向密切相關(guān)。研究己₁₅-22090工作面的壓力特點(diǎn)，對回采工作的順利進(jìn)行具有重要的實(shí)際意義，為十一礦安全生產(chǎn)提供了有力的保證。同時(shí)，這些結(jié)論性認(rèn)識對其他掘進(jìn)和回采工作面也有十分珍貴的借鑒意義。

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