綜放工作面沖擊地壓的監測預報技術研究

孔祥太 宋洪亮 張寶國

摘 要：沖擊地壓預測的精準度可以利用微震監測技術手段、鉆屑量監測手段、圍巖變形監測技術措施等來有效提高。經過研究可知，微震事件發生的軌跡大致是沿著斷層分布，工作面的來壓周期與微震周期基本一致，其中較大能量的微震周期發生在“見方”這個時間節點上；鉆屑量鉆孔深度增加大一定量后，煤粉量的增加呈線性變化；圍巖變形受到工作面回采速度較慢的因素影響，其變形比較充分；受圍巖變形較大的影響，這時的頂板維護比較困難。

關鍵詞：沖擊地壓；工作面；監測技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.077

沖擊地壓指煤礦綜采工作面四周煤礦巖體在變形能量釋放時出現以急劇和突然為特征的動力現象，沖擊地壓大范疇屬于礦山壓力，是礦山壓力的一個特例。沖擊地壓隨著煤礦開采工作的不斷推進也變得越來越嚴重，基于此，對沖擊地壓的預防工作是非常重要的，預防工作離不開事先周密的監測計劃。不確定性和多種破壞形式是沖擊地壓使得沖擊地壓的監測工作變得相當復雜。為了能較為準確的對沖擊地壓進行預測，單獨靠一種預測手段是行不通的，在預測前要做好煤層地質調查，在地質調查的基礎上采用多種監測方法綜合預測沖擊地壓。

1 工作面基本情況簡述

某工作面采煤層主要成分為亮煤，夾雜半亮型鏡煤條帶，煤層平均傾斜角度為6度。煤層結構十分復雜，厚度為3厘米的炭質細砂巖夾矸存在于距離頂板2.8米處；平局厚度為8厘米的炭質泥巖夾矸存在于距離底板3.2米處；該工作面煤層的平均厚度為8.5米，普氏硬度系數f數值為2.3，在工作面兩側順槽中間有多條斷層。

2 沖擊危險性區域的劃分

通過對該工作面沖擊地壓發生的地質因素和開采因素以及兩種因素的綜合指數分析，該工作面存在發生沖擊地壓的可能性，其危險等級評定為中級。沖擊地壓發生的可能性伴隨著整個工作面的開采過程。特別是在回采前的重點區域和回采后的重點區域要進行監測預防。工作面沖擊地壓一般劃分為嚴重危險、中等危險以及一般危險三個危險區域等級，其劃分依據是模型數值模擬結果和工作面采煤現場實際情況等多種情形的相互有效疊加以及沖擊地壓本身的危險程度。

3 工作面沖擊地壓危險監測技術

3.1 微震監測技術

該工作面回采的起止時間是從6月2日到10月5日，工作面的軌順總計向前推進了380米，工作面運順總計向前推進了330米。通過微震監測系統SOS 分析可知，在該工作面123天的回采期間，微震的有效次數有360次之多，平均每天發生2.9次微震。從微震的能量大小和微震發生的頻率來看，低能量的微震事件大概占了工作面回采期間有效微震次數的百分之九十左右。微震隨著回采作業的進行而不斷前移。該工作面的微震源位置有如下特點：

（1） 接近回采工作面斷層處是微震事件主要發生點，且微震事件發生的軌跡大致是沿著斷層分布。這表明，工作面圍巖的斷裂破壞是由于工作面回采和工作面構造雙層應力作用下導致的。

（2）工作面采煤區和采空區是微震事件主要發成處，工作面采煤區和采空區相比較，工作面實體采煤區微震事件要多余采空區。這主要是由于導致微震事件的能量釋放來源不同，煤巖體蠕性變形和煤巖體斷裂是工作面采煤區主要能量釋放來源；煤巖體蠕性變形是采空區能量釋放的主要來源，有些許煤巖體斷裂現象，但是極少數情況。對工作面每天的震動能量、震動次數以及回采速度進行統計如下：該工作面第一次出現較為強烈的震動是出現在7月3日，而這個時候工作面回采進度總計為54米，這個統計結果與工作面第一來壓時間基本吻合，所以工作面每天微震事件產生的總能量存在一定的周期性。隨著時間的推移。工作面回采進度不斷向前推進。到了8月5日這天，工作面出現了從6月2日回采開始至今的最強烈震動，這個時候工作面回采進度總計為173米，而該工作面總長度為175米。這說明，在距離工作面采煤頂板18米左右的中粒砂巖層在首次回采“見方”時發生了強烈的微震。這次強烈震動發生的主要原因是圍巖頂層大面積斷裂造成的，由此也可以判斷出工作面的來壓周期與微震周期基本一致，其中較大能量的微震周期發生在“見方”這個時間節點上。與斷層距離較近的地方，由于受到煤巖體斷裂產生的能量釋放影響較大，所以圍巖破碎程度比較嚴重。

3.2 鉆屑法監測

鉆屑法監測適宜用于電磁環境比較復雜的礦井。其監測工作面地壓的原理是通過判斷煤層鉆孔排除的煤粉總量以及煤粉的變化規律，一般鉆孔直徑為5公分。鉆屑量分析的指標主要包括采用應力、煤體性質以及突出環境等，都是比較實際的指標。通過對該工作面地質情況鑒定后，獲悉該工作面具有發生沖擊地壓的可能性，需要對主要區域實行監測措施，這里采用鉆屑法進行監測。監測區域覆蓋從工作面到工作面前方65米的范圍內，鉆孔距離底板1.5米左右，鉆孔深度為10米，孔間距為15米，孔直接為5公分，其中孔間距局部調整。根據監測結果統計了軌順每天最大鉆屑量和平均鉆屑量，運順每天最大鉆屑量和平均鉆屑量。從統計結果中可以看出，該工作面發生沖擊地壓的最小理論值要大于軌順和運順煤粉鉆屑量指標。軌順一側的每天最大鉆屑量和每天平均鉆屑量要小于運順一側，這主要是軌順的掘進軌跡是沿空的，受到采空區圍巖破碎變形較為嚴重的情況影響，彈性勢能比較小。與工作面的面口距離在30米左右的地方出現了運順煤粉鉆屑量的最大值，隨著工作面推進到斷層時，軌順煤粉鉆屑量最大值出現的位置要大于運順煤粉鉆屑量最大值出現的位置至少40多米，這是由于圍巖應力峰值受到斷層構造力影響向煤炭體內轉移。

4 結束語

本文利用微震監測技術手段、鉆屑量監測手段對工作面進行綜合監測，確保準確及時的對工作面沖擊地壓進行預測。對類似條件下的礦井工作面沖擊力地壓預測具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]劉棟梁.綜放工作面空間孤島煤柱沖擊地壓綜合防治技術[J].煤炭技術，2018（03）：98-101.