軟巖煤層不規則煤柱對沖擊地壓的影響

李 俊

（國家能源集團烏海能源有限責任公司，內蒙古烏海016000）

1 礦井及工作面概況

國家能源集團烏海能源公司老石旦煤礦位于內蒙古自治區桌子山煤田西翼的老石旦礦區，行政區劃屬烏海市海南區管轄[1]。老石旦煤礦技改完成后采用主斜井—副斜井—回風立井混合式開拓方式，采用單一水平采區式開采，共劃分南采區、北一采區、北二采區，北三采區四個采區。現南采區、北一采區和北二采區已全部開采結束，并封閉完畢。礦井共布置主斜井、緩坡副斜井、回風立井三個井筒。老石旦煤礦通風方式為中央分列式，通風方法為抽出式，全礦有4個井筒，其中主斜井、技改副斜井進風，回風立井回風。回風立井安裝了兩臺主要通風機，一臺運轉，一臺備用，FBCDZ-№23，功率2×132kW，通風阻力1760Pa，主扇風量為5454m3/min[2]。

031604工作面位于北三采區16#煤層，屬穩定的中厚煤層。工作面煤層傾角1°～4°，煤層平均總厚度為8.8m，純煤平均厚度為7.5m，含3～4層夾矸，煤層結構復雜，煤層走向為147°，傾向為237°。煤層可采指數為1，變異系數15%，煤層賦存較穩定，該工作面煤層較松軟，局部頂板可能破碎。工作面走向全長約2500m，工作面分南北翼部分，南翼部分走向長1060m，北翼部分走向長1440m，現南翼部分剩余73.8m（含三條下山44.76m），北翼還未開采，031604 工作面南翼部分開采時，傾斜長264m，南翼過舊系統三條下山開采結束后，要求變為單翼開采，變成單一開采后進行縮面形成不規則煤柱，此時工作面傾斜長為213m，近水平煤層。如圖1所示。

圖1 031604工作面模擬俯視圖

2 支架應力監測及運用FLAC3D[3]模擬分析

2.1 031604工作面支架工作情況

自2018 年6 月1～15 日，取15d 數據進行分析，如圖2所示：通過統計分析可以看出整個工作面支架阻力平均值在14～19MPa 之間，整個工作面最大阻力不超過32MPa，從觀測的支架阻力數值來看，031604工作面發生沖擊地壓危險性較小。

2.2 運用FLAC3D數值模擬031604工作面縮面后應力集中情況

基于回采工作面031604 推進，逐漸臨近采空區031601 工作面，為了形成合理煤柱進行一次縮面形成80m煤柱及與采空區031601相鄰時形成30m煤柱時煤柱中應力集中情況。

圖2 031604工作面15d支架阻力變化情況

圖3 031604工作面開采到縮面位置的應力分布圖

（1）如圖3：當工作面推進時，031604工作面與采空區03601工作面之間會形成80m煤柱，煤柱的應力峰值與工作面未開采時相比較，有明顯升高，峰值為8.58MPa 且集中在煤柱中心部位，此時煤柱處于應力平衡狀態。

圖4 031604工作面縮面后開采50m時的應力分布圖

（2）如圖4：031604工作面一次縮面后與031601工作面形成60m 煤柱時，煤柱中應力升高，峰值達到9.21MPa，此時煤柱扔處于應力平衡狀態。

圖5 031604工作面縮面后開采200m時的應力分布圖

（3）如圖5：031604 工作面一次縮面后繼續推進與031601 采空區形成30m 煤柱，其煤柱的應力峰值為9.20MPa，應力峰值集中在031604實體煤一側，此時煤柱應力平衡。

圖6 031604工作面縮面后開采400m時的應力分布圖

（3）如圖6：031604工作面推進與031601采空區形成200m 長30m 寬煤柱時，煤柱的應力峰值下降到8.94MPa，此時30m 煤柱區域應力集中較小，應力峰值集中在031604實體煤一側，此時煤柱應力平衡。

3 沖擊地壓危險性評價

3.1 影響沖擊地壓發生的地質因素及指數

通過對031604 工作面的危險因素進行評定，并對其評定結果計算。

計算的到的沖擊地壓危險因素指數為Wt1

得出影響沖擊地壓的地質因素為Wt1=0.41。

3.2 影響沖擊地壓危險狀態的開采技術因素及指數

（1）根據開采技術條件、開采歷史，煤柱、停采線等這些開采歷史和開采技術因素，確定相應的影響沖擊地壓危險狀態的指數，從而為沖擊地壓的預測預報和危險性評估、沖擊地壓的治理提供依據。

（2）根據影響沖擊地壓危險狀態的開采技術因素，經計算沖擊地壓危險指數為0.24。

（3）用下式來確定采掘工作面周圍開采技術條件對沖擊地壓危險狀態的影響程度及沖擊地壓危險狀態等級評定的指數Wt2。

（4）以上給出了采掘工作面周圍地質因素和采礦技術因素對沖擊地壓的影響程度及沖擊地壓危險狀態等級評定的指數Wt1和Wt2的具體表達式，根據這兩個指數，用下式就可以確定出采掘工作面周圍沖擊地壓危險狀態等級評定的綜合指數Wt。

（5）式中，Wt為某采掘工作面的沖擊地壓危險狀態等級評定綜合指數，以此可以圈定沖擊地壓危險程度。

根據以上分級，確定031604 工作面沖擊危險綜合指數為0.24，為無沖擊危險。

4 結論

（1）分析了老石旦煤礦031604 工作面地質條件及開采條件，以支架數據分析可知：無強烈開采擾動條件下不會發生沖擊地壓事故。

（2）采用FLAC3D數值模擬分析了老石旦煤礦031604 工作面開采過程中的應力分布及其演化規律；分析了031604工作面推進和采空區形成不規則煤柱中的應力集中情況。

（3）采用綜合指數法對老石旦煤礦031604 工作面沖擊地壓危險性進行了評估，結果表明，老石旦煤礦031604 工作面不具備發生沖擊地壓的可能性，屬于無沖擊地壓危險礦井，按照常規管理進行開采即可。