頂板疏水快速回采工作面沖擊地壓機理及防治措施研究

＊李生亞

（汾西礦業集團水峪煤業 山西 032300）

目前，我國煤炭資源開采過程中，礦區開采不斷加深，許多礦井在具體開采時，會面臨的沖擊地壓威脅，這會對煤礦開采的進行造成不良影響。對開采礦井進行探究可以發現，開采區域內經常會面臨回采速度過快、大面積積水等，這會對開采作業造成不良影響，如果快速回采經過疏水區時，發生了顯著動力現象，這會對煤礦礦井開采造成一定影響。可見，為了確保開采作業順利進行，必須要從實際情況出發，加強對相關問題的探究。

1.概況

某煤礦的08工作面為該煤礦312采取首采工作面，采煤采取走向長壁綜放方法進行，傾向長度為285.8m，平均埋深約為658.7m，煤層平均厚度約為9.31m，煤層傾斜角度主要集中在0°-4°，地質整體構造十分簡單，直接頂為0.78m厚泥巖，基本頂處地質為細粒砂巖，其厚度約為32.28m，基本底為粉砂巖，其厚度約為9.31m。通過對煤礦所在區域地質情況進行觀察可以發現，08工作面頂板富水區分布不均勻，在掘進工作面期間，采用疏水孔提前疏水。

工作面在正常生產期間，出現了沖擊地壓現象，并且在作業現場經常會出現打煤炮聲，作業面煤臂出現了大片幫，作業面前方頂板處出現了大量掉渣，巷幫部分發生了漏網問題。

通過對煤礦開采現場情況進行全面調查可以發現，08工作面4d內回采速度的平均值為6.5m/d，而且在富水區疏水影響內[1]。針對這一現象進行分析可以確定，該沖擊現場出現問題的原因是回采速度過快，超前應力過于集中，引起了煤壁大片幫沖擊現象[2]。

2.分析煤礦沖擊地壓機理

(1)應力分布受疏水的影響

開采頂板如果存在富水區工作面時，可能會遭受到臨突水潰砂頂板水破壞，這會對后續相應工作開展造成不良影響。因此，進行回采時要做好頂板疏水工作，確保工作面開采安全、高效。工作人員在實際工作開展期間對疏水前應力具體分布情況進行全面分析，將該煤礦區地質情況作為作為基礎，構建數值模型，研究不同回采速度對疏水影響區域用力演化的具體規律，模型的長為420m，寬度為12m，高為115m，對于邊界要利用位移約束固定。富水區前后煤層頂板垂直應力的具體分布情況如表1所示。

表1 疏水前后煤層頂板垂直應分布情況

通過表1中的各項數據能夠看出，富水區疏水后，會重新分布頂板原巖應力和煤層，區域邊緣處的應力會集中在增壓區域內，并且會受疏水影響。

(2)不同回采速度過疏水區對支承壓力的影響

在回采作業開展時，通過不同回采速度由富水區一側48.5m外回采到富水區另一側48.5m之外，進行回采作業時，回采速度分別為4.5m/d、6.5m/d、8.5m/d、10.5m/d，在不同回采速度下，對回采到疏水增壓區和卸壓區作業面的壓力分布情況進行探討[3]。

(3)模擬采取不同回采速度過疏水增區情況

在實際模擬過程中，判斷線為煤體發生沖擊時的應力判斷線，其數值約為27.3MPa，通過這一數據不難看出，受富水區增壓影響，回采速度由小到所對應的超前支撐壓力峰值不斷提高，這一結果表明，隨著回采速度加大，經過疏水增壓區形成應力集中程也將會進一步提高。而在回采速度大小為4.5m/d時，應力峰值并未超過沖擊判斷線，當回采速度超過6.5m/d時，應力峰值將會超過沖擊判斷線，滿足了沖擊應力的具體條件[4]。

(4)采取不同速度模擬回采過疏水卸壓區

疏水后卸壓區，在回采速度不同情況下，超前支承壓力大小如表2所示。

表2 卸壓區不同回采速度下超前支承壓力大小

通過表2中數據可以發現，回采速度與支撐壓力峰值兩者呈正相關，而且在不同地區回采速度大小也會有所改變，而當回采速度達到8.5m/d時，應力峰值達到沖擊臨界應力標準。由此可見，頂板富水區富水后將會形成卸壓區與增壓區，如果作業面回采經過疏水區將會在煤礦開采區域內形成增壓區，在增壓區內，各項應力將會發生相互疊加，與慢速回采作業開展進行對比可以發現，容易超過沖擊地壓臨界值，在該情況下，會對回采作業面產生沖擊，這會對后續開采作業的順利進行造成不良影響，因此，工作人員提高對這一內容的重視。

3.煤礦開采防沖措施分析

(1)提高增壓區卸壓鉆孔密度

在進行煤礦開采作業時，經常會遇到具有一定危險性作業面，回采開展時，工作人員要提前分析作業區域，針對沖擊地壓較為危險區域，要提前做好劃分工作，設置了大直徑預卸壓專控，需要注意的是，在實際工作開展時，為了確保巷道圍巖疏水增壓可以長期處于“低應力”狀態，針對附屬邊緣區前約100m位置處，加密施工卸壓鉆孔，通過上述方式處理，從而達到提高增壓區卸壓鉆孔密度的目的，確保煤礦開采工作順利進行[5]。

(2)增壓區進行預斷頂

工作人員對煤礦工作面區域內2條巷道疏水增壓前后48.5m范圍內，開展爆破或水壓方式致裂預斷頂，通過該處理方式，能夠大幅度降低工作面過疏水增壓而帶來的各種安全隱患。

(3)補強疏水影響區域支護

為了減緩圍巖變形情況的發生，避免發生嚴重事故，對富水邊緣前100m范圍內，要補強巷道頂板和幫部支護，而且要加設1排支架，從而使超前被動支護整體強度能夠得到進一步提高，確保其能夠滿足應用需求。

(4)調整疏水影響區域內回采速度

依據大量的實踐經驗可以確定，工作人員可以降低回采作業速度，確保開采作業安全性，但是不得盲目降低回采速度，這主要是因為過慢的回采速度會降低煤礦開采時的經濟效益[6]。由此可見，在實際開采期間，為了兼顧安全、經濟、能源應用等各項內容，因此，要在疏水影響區內，對回采速度進行適當調整。在實際問題分析期間，依據微震監測與數據模擬，在回采疏水增壓區時，當回采速度在4.5m/d以內時，并未達到沖擊條件。回采疏水卸壓區時，可以依據該區域情況，提高回采速度，讓回采速度達到8.5m/d，此時應力峰值將會達到沖擊臨界值，通過微震監測，能量釋放仍然處于較低水平，可見，在回采疏水卸壓區域時，要適當調整回采速度，讓其大小保持在8.5m/d以內，以該速度進行回采，不僅能夠確保開采安全，而且能夠滿足開采需求，同時能夠獲取不錯的經濟效益。

4.結語

依據煤礦開采實例對頂板疏水快速回采工作面沖擊地壓機理進行分析，在此基礎上對煤礦開采防沖措施分析，通過合理措施確保煤礦安全開采，為人們提供豐富的煤礦資源，促進煤礦行業健康發展。