平煤十一矿己15—2090工作面压力特征探讨

查涛杰 张耀华

【摘要】己₁₅-22090工作面为十一矿己₁₅煤层首采工作面，巷道开口标高为-649m，埋藏较深。根据钻孔揭露和邻近层开采统计资料，以及本煤层机、风巷掘进工作面的施工观测，得知本煤层压力较大。由于位于上部的已14煤层和下部的已16～17，煤层均已回采结束，原有岩体的应力平衡已经破坏，顶底板压力各向异性凸显。通过分析影响工作面压力失稳的地质因素，探讨采场应力状态变化的机理，从而调整工作面布局。并对应力变化异常区采取措施，预防事故的发生，为回采的顺利进行提供理论指导。并把压力的特征性认识进一步拓展，以提高其实用性价值。

【关键词】22090 工作面 地质因素 机理 压力特征 弹性应力状态

一、引言

十一矿是平煤集团唯一开采急倾斜煤层的矿井。井田东西走向长约7公里，倾斜宽约3公里，井田范围23.5平方公里，可采煤5组9层，地质储量2.26亿吨，深部为无限井田，煤炭储量丰富，发展后劲充足。己₁₅-22090工作面为十一矿己₁₅煤层首采工作面，埋深平均为793米，地势北高南低。由于埋藏较深，预计压力比较大。己₁₅-22090风巷位于二水平己二东翼采区。在已16-17-22071机巷45#点东96.5m处开口，按照N：180°掘进10.806m后，按N：120°再掘进20m后，按+16°施工至己₁₅煤层，其中沿已16-17煤层施工长度30.806m。其南面与已16-17-22071机巷相邻，上部为未采动的己₁₅煤层，层间距为11m，下部为不可采的庚组煤层，层间距为40m，巷道开口标高为-649m，终点标高预计为-670m，采用爆破掘进施工，沿已16-17煤层顶板进尺，净断面为13.29m2。

二、研究区地质及水文地质情况

根据钻孔揭露情况表明，己₁₅煤层直接顶为4.3m厚的砂质泥岩或泥岩局部为砂岩，灰色，含植物化石。老顶为细至中粒砂岩，灰及灰白色（K14和K13）。煤底直接底为4.5米厚的砂质泥岩或细砂岩，灰白色。老底为10米厚砂质泥岩夹条带状细砂岩，局部为细砂岩，灰色或灰白色（K15）。地质构造发育，局部顶板破碎，51#勘探线以西直接顶下方1.0m左右，存在已14煤层，厚1.05m左右；掘进575m左右将揭露一落差4.2m的逆断层。水文地质条件中等，受顶板K14和K13砂岩裂隙含水层影响。根据生产实际资料统计得知，涌水量5m3/h～lOm3/h。甲烷含量：6.49m3/吨，瓦斯绝对涌出量为0.5～1m3/min左右，己₁₅煤层段按高沼管理。

工作面所处地段煤层厚度在为7.1m左右。煤层结构简单，仅局部存在一层0.3～0.8m厚的软煤，煤层松软，滑面构造发育，呈末状，整个煤层破坏类型为Ⅱ～Ⅲ类。煤层直接顶为1.0～2.7m左右厚的泥岩或砂质泥岩互层，平均2.0m，层里、节理皆发育，局部夹0.1～0.2m厚的煤线1～2层，易脱层冒落。老顶为10.4～18.3m，平均14.4m厚左右的砂质泥岩或砂岩；直接底板为块状泥岩，厚2.3～8.1m，局部夹L1灰岩，遇水膨胀松软，老顶为L2灰岩。该面所在煤层煤种为1/3焦煤，灰分为8.72-33.67%，平均为15.49%，属低灰一中灰煤，水分2.65%，挥发份31.95%，己₁₅煤层为单斜构造。

三、己₁₅-22090工作面压力特征研究

矿压作为煤矿生产的主要自然灾害之一，直接威胁着作业人员的生命安全，同时也是制约矿山生产效率的直接因素。岩体开采后，支承压力由垂向状态逐步变为三向状态。所以研究工作面应力状况，合理布局工作面构架，并采取有效措施，预防事故发生，很有必要。

（一）22090工作面邻近层围岩压力场

由于位于上部的已14煤层和下部的已16～17煤层均已回采结束，原有岩体的应力平衡已经破坏，并达到了新的平衡点，压力各向异性凸显。机理解释主要有以下两个个方面：（1）上下邻近煤层开采引起的围岩变形，主要表现为在重新分布的应力作用下岩体沿软弱结构面的变形和移动。岩体移动受诸多因素的影响，如采矿方法、开采过程、岩石性质、岩体结构类型、地质构造、矿体埋藏深度、地下水及地震等。（2）围岩的冒落带、裂隙带和弯曲带逐步扩大，三带的空间形态发生了变化，张力有逐渐变大的趋势。

（二）22090工作面本煤层的压力状态

根据22090工作面机、风巷掘进揭露的情况判断，该采场断层不是很发育，顶底板的密封性较好。由于上下煤层回采所造成的释压作用，围岩有一定的形变痕迹，根据《防突管理规定》对己₁₅煤层选定了预测指标：鉆孔瓦斯涌出初速度法（q值），选定该指标临界值为3.5L/min；钻屑量法（s值），该指标临界值为5kg/m。结果表明煤层瓦斯压力与邻近层相比有所减小。这些现象是工作面应力平衡状态发生变化的直接后果。

（三）断层裂隙带对22090工作面的应力影响

在上覆岩层中，发现了横、竖向导水裂隙带，受顶板K14和K13砂岩裂隙含水层的影响而形成新的水力联系通道。在下伏岩层中，由于裂隙水浸透泥岩而膨胀，出现了地鼓现象。地鼓点为应力集中点，对生产会造成不利的影响，对此已采取了措施并通过了验收。顶底板中存在的断层在矿压作用下重新活动，形成应力集中区，在生产实际中要引起足够的重视，合理安排工程进度。工作面及邻近层顶底板岩层中存在大量的节理裂隙和规模不等的断层。这些不连续面的存在，在采动影响下易于“活化”，对矿压分布规律的影响十分明显，所以易于发生冒顶事故和其他矿井动力地质现象。因此，在回采工作面过断层时一定要加强顶板支护与管理。

四、结论

应力展布结构面对顶底板稳定性的影响，不仅决定于结构面本身特征，而且与结构面的组合及其产状与工作面的推进方向密切相关。研究己₁₅-22090工作面的压力特点，对回采工作的顺利进行具有重要的实际意义，为十一矿安全生产提供了有力的保证。同时，这些结论性认识对其他掘进和回采工作面也有十分珍贵的借鉴意义。

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