高礦壓深井工作面卸壓強度在降低工作面沖擊危險性中的作用與研究

司雷 宋士康

摘? 要：利用微震數據、周期來壓步距等對深部高礦壓回采工作面不同卸壓強度卸壓效果進行效果檢驗，采用大量微震事件，周期來壓步距數據為基礎，采用理論分析、數據統計、現場實踐等研究手段，探尋不同卸壓強度在深部高礦壓礦井回采工作面生產過程中對降低工作面沖擊危險性起到的關鍵作用，從而合理施工卸壓鉆孔，優化卸壓參數，保證礦井安全生產。研究結果表明：工作面補強卸壓區域微震釋放總能量、微震頻次及來壓步距較常規卸壓區域均有較大幅度的降低;強卸壓手段能夠有效的降低工作面微震事件能級與來壓步距，從而一定程度上降低工作面沖擊危險性。

關鍵詞：卸壓參數;微震頻次;微震能量;周期來壓步距

中圖分類號：TD32? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）30-0072-03

Abstract： The effect of pressure relief effect of different pressure relief strength in deep high pressure mining face is tested using microseismic data and periodic pressure step distance， etc.， based on a large number of microseismic events and periodic pressure step distance data. By means of theoretical analysis， data statistics and field practice， this paper explores the key role of different pressure relief strength in reducing the impact risk of the working face in the production process of deep high pressure mining face. Thus， the pressure relief drilling is constructed reasonably， the pressure relief parameters are optimized， and the safety of mine production is ensured. The results show that the total energy released by microearthquakes， the frequency of microearthquakes and the pressure step in the reinforcement and pressure relief area of the working face are greatly lower than those in the conventional pressure relief area， and the strong pressure relief method can effectively reduce the energy level and pressure step of microseismic events in the working face， so as to reduce the impact risk of the working face to a certain extent.

Keywords： pressure relief parameters; microshock frequency; microseismic energy; periodic pressure step distance

高家堡煤礦地質儲量9.74億噸，設計可采儲量4.7億噸，主采延安組4煤層，平均煤厚9.43m。礦井地質條件復雜，具有井深水大、高地壓、高地溫、高瓦斯、高承壓水、軟巖、煤層易自燃等自然災害。針對礦井回采工作面不同卸壓方案導致礦井微震事件發生、周期來壓步距、應力分布無明顯規律制約生產的現狀，因此探尋不同卸壓強度在深部高礦壓礦井回采工作面生產過程中對微震事件發生、周期來壓步距、降低工作面沖擊危險性起到的關鍵作用，從而合理施工卸壓鉆孔，優化卸壓參數，保證礦井安全生產。

1 工作面概況

1.1 工作面位置

204工作面為二盤區第四個工作面，位于二盤區西翼。該面東部和南部為203工作面采空區，204和203工作面之間留有7m煤柱;北至四條開拓大巷（西區輔助運輸大巷、西區1#回風大巷、西區2#回風大巷、西區膠帶大巷）。204工作面走向長1450m，傾斜寬200m。

1.2 煤層概況

204工作面所采煤層為侏羅系中統延安組4煤，根據勘探鉆孔及附近巷道實際揭露煤層厚度在5.9～15.0m之間，該面平均厚度為10.99m，普氏硬度系數f=0.98。

1.3 煤巖沖擊傾向性鑒定

2014年7月，經煤科總院北京開采研究所巖石力學實驗室鑒定，高家堡礦井4煤層（包括上分層、下分層）單軸抗壓強度分別為20.47MPa、18.18MPa，動態破壞時間分別為278.40ms、303.40ms，彈性能量指數分別為13.36、11.54，沖擊能量指數分別為3.20、2.98，屬于Ⅲ類，為強沖擊傾向性煤層;4煤層頂、底板巖層彎曲能量指數分別為54.52kJ和20.08kJ，均屬于Ⅱ類，為弱沖擊傾向性巖層。

1.4 其它情況

（1）煤塵：有煤塵爆炸性，煤塵爆炸指數48.65%。

（2）瓦斯：根據咸陽市煤炭局2015年6月下發的《關于2014-2015年度礦井瓦斯等級鑒定結果的通知》，礦井的絕對瓦斯涌出量為1.54m3/min。

（3）自燃發火：屬自燃煤層，自燃發火期37天。

（4）地溫：井田平均地溫梯度為3.18℃/100m，其中非煤系地層平均為1.93℃/100m，煤系地層平均為4.23℃/100m。

綜上所述，高家堡煤礦開采深度大、地質構造發育、頂板水豐富，沖擊顯現強度大，因此，基于回采工作面微震數據，周期來壓步距研究工作面開采強度與卸壓力度間的關系尤為重要，為工作面優化卸壓參數、制定防沖方案提供數據支撐。

2 回采工作面卸壓效果分析

為探析204工作面防沖工程卸壓效果，擬采取微震數據、來壓步距、卸壓力度等方向進行探討，選定主采工作面微震勘探范圍，其中范圍上邊界距工作面運輸順槽約200m，下邊界距工作面回風順槽約240m（考慮到臨空側影響）。卸壓工程選定2019年05月至2020年05月時間內，工作面回采區域的防沖工程進行分析。

2.1 工作面卸壓工程匯總

統計各回采月份內卸壓工程。由數據可知，2019年10月及以后回采區域的卸壓強度明顯高于前期，同時此區域內相應卸壓時間短，卸壓時效性強，見表1。

2.2 卸壓效果分析

2.2.1 微震數據分析

圖1為工作面開采時間與微震頻次、微震總能量關系圖，由圖可知，隨著工作面開采，微震日頻次、日釋放總能量整體上可劃分多個區域：恢復生產初期區、常規卸壓區、補強卸壓區。

恢復生產初期區：2019年5月至6月中旬時間段，此階段受微震數據收集不全等因素，整體上呈現低頻低能現象，加之工作面長時間停采因素，工作面煤巖應力趨于穩定，回采初期煤巖運動相對較輕。

常規卸壓區域：2019年06月中旬至2019年09月，此階段內微震釋放總能量明顯增高，排除數據收集較全因素外，此階段內工作面經過一個多月的恢復生產穩定期，覆巖運動加強，加之回采區域位于向斜翼部，逐漸向軸部移近，地質構造的存在，進一步加強工作面應力集中程度。

補強卸壓區：2019年10月至2020年03月，此階段內工作面實施了二輪補強卸壓工程，此階段除10月份微震總能量相對較高，其余月份微震能量處于較低水平，微震頻次處于較高水平，表明能量多以小能量事件釋放。10月份能量較高是因為此時間內工作面回采至向斜軸部，加之工作面泄水巷的存在，兩因素造成工作面回采時應力集中程度的增高，從而增大能量的釋放。

對比常規卸壓區與補強卸壓區微震數據分析可知，常規卸壓區內微震釋放總能量高，微震頻次低;而補強卸壓區內微震釋放總能量低，微震頻次高。表明補強卸壓區內能量釋放多以小能量事件為主，由此可初步推斷補強卸壓起到了卸壓效果，卸壓工程破壞了煤巖體完整性，降低了其積聚彈性能的能力。

進一步分析，常規卸壓區域回采時，工作面處于向斜翼部（俯采），補強卸壓區（去除10月回采區域位于軸部），工作面也處于向斜翼部（仰采），二者在微震能量、頻次上均有較大差別，進一步表明了強卸壓的效果性。

2.2.2 來壓步距數據分析

截止2020年5月31日，204工作面共計周期來壓51次，來壓步距變化如圖2所示。由圖可知，常規卸壓區域周期來壓步距平均約22.5m，而補強卸壓區域平均來壓步距約15.2m，縮短了約32.4%。由此觀之。補強卸壓降低了工作面來壓步距，進一步降低了覆巖運動釋放的能量級別（微震數據反映）。因此，從來壓步距上可以看出補強卸壓后，整體卸壓效果良好。

3 主要結論

（1）工作面微震事件發生頻次與能量和卸壓強度一定程度上存在正相關關系。微震事件發生頻次與能量的變化趨勢在一定程度上可以反映工作面應力集中程度，為工作面提前采取卸壓解危措施提供參考依據。

（2）通過工作面回采期間微震監測數據、工作面來壓步距分析可知，工作面補強卸壓區域微震釋放總能量、微震頻次及來壓步距較常規卸壓區域均有較大幅度的降低。

（3）針對工作面地質及開采條件，強卸壓手段能夠有效的降低工作面微震事件能級與來壓步距，從而一定程度上降低工作面沖擊危險性。

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