沖擊地壓工作面巷道優化設計

蘇亞峰 黃世超

摘 要：通過對開采條件相當復雜的某煤礦沖擊地壓原工作面設計方案進行危險沖擊分析后，得出原設計方案容易形成孤島煤柱的結論，且按照原設計方案進行掘進工作，在穿越應力集中區時會產生安全隱患。為了解決以上幾點問題，將采掘工作產生的沖擊危險性降到最低，對原設計方案進了大幅優化，解決了原設計方案中對沖擊地壓地質災害考慮不足問題，并對沖擊地壓工作面前期準備工作應注意的相關技術措施進行了分析，為相同條件下的以降低采掘期間沖擊危險性及緩解采掘接續緊張為出發點，對原設計方案進行優化，解決了原方案中不利于沖擊地壓災害防治的問題，為相似工作面巷道條件的設計提供了一定參考依據。

關鍵詞：沖擊地壓;工作面;設計;優化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.074

1 某煤礦工作面情況簡介

某煤礦9號煤層2區段（為方便闡述本文稱之為2區段） 整體走向較緩微斜，賦存穩健。有一條深度為4米呈東西走向的斷層在2區段內部。2區段煤層傾斜角度為20度到25度之間，平均傾斜度為23度，煤層厚度在4.5米到8.1米之間，平均厚度為6.66米，煤層結構均為半光亮型煤，結構較為簡單。煤層頂板結構組成從下至上依次按照40米厚粗砂——10米細砂——0.9米粉砂均勻分布排列。其中9號煤層與上層8號煤層和下層11號煤層距離分別為70米和25米，其8號煤層和11號煤層均禁止開采。

2 9號煤層2區段原工作面巷道設計方案及沖擊危險分析

（1）2區段在原設計方案種被劃分為ABC3個區域進行回采，其中A 區代表北側工作面，B區代表中間工作面，C 區代表南側工作面。從原設計方案可知A 區工作面巷道走向為550米，傾向為157米，B區工作面巷道走向為385米，傾向為132米，C區工作面巷道走向為336米，傾向為198米。其中A 區開采方式采用放頂方式 ;B區開采方式采用上分層方式。原設計文件中對回采順序規定為： （1）沿底回采A 區工作面沿著底部回采，與此同時回采B區工作面上分層，當B區工作面回采完畢后，繼續沿著底線向南側推行A區工作面，一直推行到禁采區停止，C區工作面巷道最后回采。（2）原設計方案存在的沖擊危險性。通過相關理論可以發現原設計方案存在如下幾種沖擊危險因素。1）在A 區工作面巷道回采接近尾聲時極其容易出現3側孤島。當B區工作面巷道回采接近尾聲時，最后回采的A 區工作面巷道上區段將形成采空區，B區工作面巷道形成采空區以及正在回采的A 區工作面巷道采空區，形成3面采空區包圍的孤島煤柱。煤柱面積隨著工作面開采工作的不斷推進變得越來越小，大量的理論和實踐證明，沖擊地壓在對孤島煤柱開采的過程中極易形成。從煤礦工作面地層構成來看，較為厚且堅硬的砂巖是2區段煤層頂板的主要成分，這使得處于邊緣的采空區受到了較大的內部支撐，不容易脫落;由于采空區有較大面積的懸露空間，形成的煤柱將受到來自3側采空區支撐壓力疊加作用，使得煤柱受到的應力大幅度集中，導致煤柱失穩性沖擊地壓形成的概率較大。2）A 區工作面中向南側延長部分即進風巷道在延長過程中穿過了應力集中區，B區工作面的上部回采后，北部工作面進風巷將沿底繼續向南延伸，由于北部工作面傾向寬度較大，下分層進風巷相對上分層工作面外錯布置，外錯平均距離達10米以上。外錯平均距離的數值與該區域采空區側向受到的壓力情況關系密切。根據案例項目歷史研究數據，A區工作面延長段的掘進工作是在該段受到的應力最大時進行的，所以A區受到的沖擊危險系數較大。3）采掘工作產生的擾動與區域之間接續存在的關系。當下分層的回采工作面巷道向南側延長在B區回采工作之前進行，上分層回采擾動將增加下分層掘進巷道的沖擊危險性;當下分層的回采工作面巷道向南側延長在B區回采工作之后進行，勢必導致工作面接續緊張。

3 9號煤層2區段工作面巷道優化設計方案

改進后的工作面巷道由原來的ABC三處工作面，變成一處工作面。上分層B區工作面巷道禁止回采工作提前進行，取而代之的是將2區段A區域的切眼為切入點，利用放頂煤開采策略，從切眼逐漸向南側推進工作面。C區工作面巷道與原設計方案工作面巷道由較大變動，通過縮小回采寬度來代替原設計的單獨掘進，縮小回采寬度以B區工作面巷道相匹配為宜。增加沖擊危險因素的可能在2區段優化后的設計方案中降到了最低，但優化方案中降低沖擊危險因素是需要巷道通風和巷道接續工作滿足常規需求的前提下才能實現。由于工作面巷道切眼支架在設計方案未進行優化前正處于安裝階段，當時當設計優化后，已經安裝完畢的工作面巷道支架應該有序撤出。對B區工作面切眼進行微振活動監控后，發現B區工作面切眼處于頻繁振動中，這是主要是因為A區工作面回采作業時引起的。回采作業對切眼震蕩的影響隨著工作面不斷推進而變得越來越嚴重，所以必須盡快有序撤離支架，降低沖擊危險系數。切眼支架撤離與回采工作切忌同步進行。為了確保工作面巷道始終連續不間斷推進，且在確保安全情況下連續推進，掘進方案在優化設計方案中提出了幾點要求。首先回風巷道在回采初期采用雙向掘進，所謂雙向掘進是指A去工作面巷道直接向南側延長而從石門向回風巷掘進是沿著北側，而且二者是齊頭并進，同步進行的。根據以往掘進速度，在優化設計方案下形成二者之間貫通大概需要60天左右。之后為了保證整個巷道通風良好，從石門向南側掘進是單向進行的。利用爆破工藝巷道代替原來的B去工作面回采巷道，可以有效將煤層中炮孔長度降低，炮孔長度降低后可以有效提高爆破，同時將爆破巷道與回采巷道工作之間的沖突降到最低。

4 結束語

優化設計方案通過將2區段進行整體回采取代原設計方案的分區回采，有效的避免了原設計方案下形成孤島煤柱的可能，將原設計方案中無法解決的沖擊危險性減到了最低。

參考文獻：

[1]鄒磊.深部構造區掘進工作面沖擊地壓防治技術研究[J].內蒙古煤炭經濟，2018（14）：136-138.