微山金源煤矿23下18 工作面危险性评估及防冲方案设计

李 杨

（山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 250104）

1 23下18 工作面概况

工作面埋深658～756 m，宽192.9 m，位于23上20 工作面以东，作为23上20 工作面的接续面，上部为23上18、23上20 采空区，23下18 皮带顺槽内错23上18 采空区14 m 布置皮带顺槽，23下18 轨道顺槽Ⅱ段在23上20 采空区下布置。该工作面地层总体呈一倾向北的单斜构造，煤层倾角4°～14°，平均9°。多条断层发育，断层构造应力与工作面超前支承应力叠加，可能影响工作面回采[1]。

2 危险性因素分析

（1）采深影响

23下18 工作面标高-626～-723 m，地面标高+32.4～+33.4 m，最大开采深度约756 m。

（2）煤岩结构影响

① 基本顶的初次破断阶段

参照相邻工作面开采资料，基本顶初次来压步距约为18 m。考虑基本顶初次来压强度较大，工作面在承压过程中应加强顶板支护，以提高支架的初支护力。

② 工作面“见方”阶段

当工作面在“见方”后，工作面上覆顶板破裂高度基本达到极限，并且与相邻采空区上层顶板一同发生周期性的大面积运动。工作面宽度192 m，当工作面推进到192 m 时，工作面发生“见方”。在工作面“见方”阶段，采空区上覆岩层运动范围大，造成岩层的剧烈破坏，释放大量的弹性能，大大增加了工作面的冲击危险性。

（3）断层影响

工作面范围内赋存多条断层，对工作的采动应力分布有显著影响。巷道掘进至断层影响区域后，断层构造应力与掘进工作面超前支承应力叠加，导致断层附近的支承应力增高。但工作面两个顺槽处于采空区下卸压保护状态，因此，构造应力得到释放，降低了构造应力对回采过程中的影响，而煤柱下方工作面处于断层影响区的部分冲击危险性将会提升。

（4）巷道交岔影响

根据工作面开采设计，两顺槽与联络巷之间存在多处巷道交岔点。交岔巷道区域顶板悬露面积较大，应力集中程度较高，围岩所受的应力可能大于煤层的屈服强度，变形破坏严重，导致围岩对巷道顶板支撑能力下降，巷道失稳进一步加剧，诱发冲击地压。

（5）停采线影响

停采线外侧区域受工作面末期超前支承压力影响，煤体处于承压状态，加之工作面回撤采动影响，具有一定的冲击危险性，停采线前60 m 范围巷道需加强冲击危险性监测，发现危险及时进行卸压解危处理。

（6）煤层群开采影响危险区

因工作面轨道顺槽和切眼部分区域布置在煤柱下，因上部煤层开采遗留的煤柱对工作面静载加压，容易引起下层煤应力集中，部分外错巷道处于上部采空区遗留煤柱的应力集中区，增加了下层煤开采的冲击危险性。

3 23下18 工作面危险性指数

根据工作面地质条件和开采条件，确定的冲击矿压危害危险状态等级评定的综合指数见表 1、表2。

表1 地质条件因素确定的冲击地压危险指数

表2 开采技术因素确定的开采冲击地压危险指数

综合以上地质因素与开采技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定，可得23下18 工作面冲击危险指数为：

Wt=max{Wt1，Wt2}=max{0.24，0.33}=0.33

综合判定其冲击危险等级为弱冲击危险。

4 工作面危险区域划分

根据多因素评价，将危险区域位置、危险程度进行叠加并结合每类因素所造成的不同危险水平，将工作面危险区域划分为10 个中等冲击危险区域，具体位置见表3，多因素耦合叠加冲击危险区如图1[2]。

图1 23下18 工作面冲击危险区域划分

表3 回采期间估计危险区

5 冲击地压危险监测方案

通过对金源矿23下18 工作面具体地质、开采技术条件等综合分析，动静载力共同作用下导致了冲击地压的发生。对于23下18 工作面回采期间冲击地压危险监测，可采用微震监测、钻孔应力监测、钻屑法检测等综合进行。

在回采过程中，根据危险区域的划分，对存在冲击危险的区域运用相应的防治措施，并及时采取监测手段进行效果检验，确保所用措施能够降低甚至消除冲击危险。工作面开采过程中运用的主要措施包括大孔径卸压、煤体卸压爆破、底煤大孔径卸压或爆破卸压等方法[3]。

（1）过断层防冲措施。工作面在冲击危险区回采过程中遇断层时，应加强防冲监测，当距断层（断层落差大于3 m）30 m 时，每天必须对巷道两帮利用钻屑法进行一次煤粉量检验，孔间距不大于20 m。

（2）初采、初次来压、见方来压期间的防冲设计。工作面在初次来压前后20 m 范围，应加强防冲监测，每天必须对巷道两帮利用钻屑法进行一次煤粉量检验，孔间距不大于20 m。见方期间，距离切眼172～252 m 范围内，应加强防冲监测，每天必须对巷道两帮利用钻屑法进行一次煤粉量检验，孔间距不大于20 m。

（3）工作面回采末期的防冲设计。工作面回采末期，在停采线前方60 m 范围，应加强防冲监测，每天必须对巷道两帮利用钻屑法进行一次煤粉量检验，孔间距不大于20 m。

6 其他防护措施

研究冲击地压的主要目的是保障矿山安全生产，不仅要研究冲击地压的预测预报和综合防治，还应加强制度管理，以避免或减少由冲击矿压事故带来的危害和损失。为此，23下18 工作面还需制定其他措施：

（1）顶板管理措施：分正常时期和特殊时期的顶板管理措施。

（2）个体防护措施：建立相关制度，进行统一管理。

（3）设备及物料管理措施：合理规置设备物料，统一管理，安全使用。

（4）应急处置措施：应与邻近救援机构长期合作。

7 主要结论

（1）23下18 工作面冲击危险状态等级评定综合指数为0.33，为弱冲击危险性。其中，开采技术因素占较大比例，工作面采深、断层以及基本顶的初次破断、见方等起主要影响作用。工作面推进过程中始终伴随冲击危险。

（2）根据23下18 回采工作面冲击危险性评价结论，结合工作面实际情况，工作面宜采取区域、局部监测和定点监测相结合的方式。工作面回采过程中的冲击地压危险监测可通过微震监测、钻孔应力监测、钻屑法检测等手段综合进行[4]。在回采过程中，按照危险区域划分，对存在冲击危险的区域运用相应的防治措施，并及时采取监测手段进行效果检验，确保所用措施能够降低甚至消除冲击危险。工作面开采过程中运用的主要措施包括大孔径卸压、煤体卸压爆破、底煤大孔径卸压或爆破卸压等方法。