齊建峰

（鄂爾多斯市伊化礦業(yè)資源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

0 引言

母杜柴登礦井30208 綜采工作面位于母杜柴登礦井西南部，為302 盤區(qū)南翼最西側(cè)的回采工作面，開采3-1 煤層，東鄰設(shè)計(jì)的30207 工作面，南鄰井田邊界保護(hù)煤柱，北鄰大巷保護(hù)煤柱線。30208 綜采工作面走向長(zhǎng)5956m，傾向長(zhǎng)300m。可采面積為1786800m2，該工作面煤層平均厚度5.92m，可采儲(chǔ)量1259 萬噸，設(shè)計(jì)采高5.92m。30208 工作面已回采了近5868m，因30208 工作面停采線煤柱與30207 工作面停采線煤柱距離為165m，屬不規(guī)則停采線，剩余20 余米，回采期間產(chǎn)生了大量的能量事件，對(duì)末采至不規(guī)則煤柱及工作面回撤造成較大的沖擊地壓防治壓力，通過相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，有效指導(dǎo)防治措施的技術(shù)優(yōu)化，確保安全回撤[1]。

1 30208 工作面末采期間致災(zāi)性分析

當(dāng)30208 工作面進(jìn)入末采階段后，工作面不斷推進(jìn)，直到靠近主回撤通道時(shí)，前方實(shí)體煤受到超前壓力的影響，并且其逐漸向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，在其達(dá)到應(yīng)力峰值時(shí)使巷幫煤體垮落[2]。當(dāng)回采工作面與主回撤通道貫通時(shí)，雙回撤通道間的留設(shè)煤柱會(huì)形成應(yīng)力升高區(qū)和應(yīng)力降低區(qū)，即主回撤通道巷幫出現(xiàn)應(yīng)力集中，工作面的超前支承壓力與巷道支承壓力疊加使回撤通道圍巖壓力加劇，容易發(fā)生巷道失穩(wěn)破壞[3]。因母杜柴登煤礦近距離關(guān)鍵層厚度較大、破斷距大，隨著30208 工作面進(jìn)入末采階段，工作面采空區(qū)懸露頂板關(guān)鍵層厚度大，其破斷距較大，工作面靠近回撤通道，其煤層上方的超前壓力逐漸向回撤通道一側(cè)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致回撤通道圍巖應(yīng)力集中程度進(jìn)一步增加。其走向破裂峰值區(qū)位于工作面超前區(qū)域，此類破裂產(chǎn)生的動(dòng)載是巷道動(dòng)載誘沖主要力源，易導(dǎo)致沖擊地壓事故。同時(shí)，2-2 煤上覆關(guān)鍵層厚度較大，破裂誘發(fā)大能量事件，甚至礦震事件的危險(xiǎn)也客觀存在。

2 30208 工作面大能量事件分布特征分析

2.1 30208 工作面1.0E+03J 以上微震能量分布

為探究30208 工作面誘發(fā)大能量事件的關(guān)鍵層，進(jìn)一步分析工作面大能量級(jí)別事件的微震集中分布區(qū)域，對(duì)30208 工作面回采至今的大能量級(jí)別事件進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。

表1 工作面大能量事件統(tǒng)計(jì)

由表1 可以看出，2022 年共出現(xiàn)6 次大能量事件，其中1 月份的2 次大能量事件距回撤通道110m 左右，2月份出現(xiàn)的4 次大能量事件均出現(xiàn)在主輔回撤通道區(qū)域。

（1）在初采期間出現(xiàn)少量的1.0E+03J 級(jí)別的微震事件，并且多集中分布在煤層頂板巖層由薄變厚的區(qū)域；在工作面“見方”區(qū)域出現(xiàn)少量的1.0E+03J 級(jí)別的微震事件主要集中分布在煤層頂板巖層由厚變薄的區(qū)域及構(gòu)件主要集中分布在煤層頂板巖層由薄變厚的區(qū)域。

（2）在腰巷附近的1.0E+03J 級(jí)別微震事件逐漸增多，并且集中分布在煤層頂板巖層由厚變薄的區(qū)域。

（3）在工作面末采階段的1.0E+03J 級(jí)別微震事件出現(xiàn)陡增趨勢(shì)，該階段的微震事件主要集中分布在巨厚的砂巖層區(qū)域。

通過以上分析可以看出，30208 工作面的1.0E+03J級(jí)別微震事件分布與巖層厚度變化有關(guān)，同時(shí)在巖層由薄變厚的區(qū)域3 次微震事件分布更為集中。

2.2 30208 工作面末采期間微震能量、頻次走向及傾向分布

為進(jìn)一步分析工作面在末采階段微震走向及傾向的分布特征，分別按照不同時(shí)間區(qū)段對(duì)微震事件借助固定工作面的方法進(jìn)行分布討論分析。

由末采微震能量、頻次走向及傾向表明，當(dāng)工作面推進(jìn)至距離回撤通道80 ～120m 時(shí)，規(guī)律大致相同，微震能量主要以回風(fēng)巷正幫0 ～100m 區(qū)域?yàn)橹?，并且在靠近膠運(yùn)巷100 處出現(xiàn)小的能量峰值區(qū)，主要是受向斜的影響，導(dǎo)致微震分布主要集中在向斜軸附近。

3 基于30208 工作面末采期間CT 反演結(jié)果

利用地震CT 透射技術(shù)對(duì)30208 工作面回撤通道以里300 ～450m 的范圍進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性探測(cè)，對(duì)工作面高應(yīng)力區(qū)、高應(yīng)力差區(qū)進(jìn)行劃定?；诜治鲋鲃?dòng)式CT 探測(cè)結(jié)果，主要將30208 工作面輔助運(yùn)輸巷向面里11m ～66m劃分為應(yīng)力集中區(qū)，輔回撤通道向膠帶運(yùn)輸巷83m 范圍劃分為應(yīng)力集中區(qū)。針對(duì)本次監(jiān)測(cè)結(jié)論，共圈定2 處弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域，均處于停采線煤柱區(qū)，建議措施如下。

（1）因一處區(qū)域受沖刷帶影響，屬于波速異常區(qū)，需加強(qiáng)該區(qū)域回采期間支護(hù)管理；另一區(qū)域受沖刷帶褶曲地質(zhì)構(gòu)造影響，應(yīng)力相對(duì)較高，需對(duì)煤巷段進(jìn)行鉆屑法檢驗(yàn)，并對(duì)微震、應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)情況判定存在沖擊危險(xiǎn)時(shí)，進(jìn)行解危卸壓處置。

（2）30208 工作面生產(chǎn)后嚴(yán)格落實(shí)限員管理制度。綜合沖擊地壓與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件，分析判定存在沖擊地壓危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)采取卸壓措施，并采取加強(qiáng)支護(hù)措施，保證加強(qiáng)支護(hù)的區(qū)域要完整覆蓋危險(xiǎn)區(qū)。

（3）主動(dòng)式CT 探測(cè)屬于靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)探測(cè)，工作面前方應(yīng)力場(chǎng)隨著工作面推采及上覆巖層斷裂、運(yùn)動(dòng)而變化。因此，沖擊危險(xiǎn)區(qū)及等級(jí)也可能發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，現(xiàn)場(chǎng)須根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和鉆屑監(jiān)測(cè)，綜合判定危險(xiǎn)區(qū)動(dòng)態(tài)變化，并及時(shí)調(diào)整綜合防沖措施[4]。

4 30208 末采期間垛式支架應(yīng)力分布

根據(jù)垛式支架應(yīng)力分析，在末采150m 時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力上升，在剩余80m 時(shí)受工作面回采超前應(yīng)力影響開始大范圍上升，因此在回撤通道末采100m 時(shí)，回撤通道采取禁員措施。

（1）根據(jù)回撤通道應(yīng)力進(jìn)行分析。輔回撤通道應(yīng)力在末采236m 左右應(yīng)力個(gè)別出現(xiàn)升高，應(yīng)力急劇上升在末采130m 左右。主回撤通道煤柱幫應(yīng)力在距離回采工作面208m 左右應(yīng)力個(gè)別出現(xiàn)升高，應(yīng)力急劇上升在末采115m左右。主回撤通道幫應(yīng)力在距離回采工作面240m 左右應(yīng)力個(gè)別出現(xiàn)升高，應(yīng)力急劇上升在末采120m 左右?；爻吠ǖ缿?yīng)力初始升高范圍末采200 ～240m 左右，個(gè)別應(yīng)力開始上升。

（2）末采主回撤、回采幫兩端頭應(yīng)力均出現(xiàn)上升，輔回撤通道、主回撤通道煤柱兩端30m 范圍應(yīng)力平穩(wěn)。

（3）受工作面超前壓力影響，應(yīng)力黃色預(yù)警區(qū)域?yàn)槟┎?30 ～170m 范圍，建議黃色預(yù)警區(qū)進(jìn)行限員管理，所有卸壓工程應(yīng)在黃色預(yù)警前施工完畢；紅色預(yù)警區(qū)域?yàn)槟┎? ～130m 范圍，進(jìn)入紅色預(yù)警區(qū)后采取禁員管理，不能進(jìn)入回撤通道進(jìn)行解危工程施工。

（4）應(yīng)力峰值區(qū)集中在末采10 ～50m 范圍內(nèi)，如果留設(shè)雙回撤通道建議主輔回撤通道之間煤柱不小于60m，就避免輔回撤通道處于超前應(yīng)力峰值區(qū)域內(nèi)?；爻吠ǖ缿?yīng)力初始升高范圍末采200 ～240m 左右，回撤通道以及工作面膠運(yùn)巷和回風(fēng)巷采取預(yù)卸壓措施提前250m 防沖工程做完。根據(jù)應(yīng)力黃色預(yù)警區(qū)域?yàn)槟┎?30 ～170m 范圍，建議工作面兩巷超前支護(hù)距離不少于170m。

（5）當(dāng)應(yīng)力達(dá)到提示預(yù)警，及時(shí)采取相應(yīng)的預(yù)警處置措施，對(duì)預(yù)警點(diǎn)實(shí)施卸壓鉆孔或者煤層爆破鉆孔施工，再進(jìn)行鉆屑校驗(yàn)，鉆屑量低于預(yù)警指標(biāo)，從而解除預(yù)警，

5 卸壓防治措施效果分析

由于微震能量數(shù)據(jù)可明確能量事件的產(chǎn)生多由于2-2中煤上方厚硬中砂巖破裂導(dǎo)致。

對(duì)于30208 面末采100m 階段，將該階段工作面回風(fēng)巷距主回撤通道0 ～100m 以及回風(fēng)巷道正邦以里50m范圍內(nèi)的微震事件進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。30208 工作面末采期間回風(fēng)巷距主回撤通道0 ～100m 以及回風(fēng)巷道正邦以里50m 范圍內(nèi)的微震事件垂向分布。

（1）礦震能量與頻次主要分布在煤層及其頂板37.93m以下區(qū)域，極少部分的礦震分布在高位頂板40.03 ～60m區(qū)域，并且在煤層中的礦震呈現(xiàn)“高能低頻”狀態(tài)，在頂板中的礦震呈現(xiàn)“高頻低能”狀態(tài)。

（2）在非施工預(yù)裂爆破區(qū)域巖層中，微震事件占比達(dá)到了27.3%，隨著巖層的增加礦震能量與頻次逐漸降低，直到爆破區(qū)域巖層中基本不出現(xiàn)礦震活動(dòng)，說明頂板預(yù)裂爆破使得低位巖層破斷擾動(dòng)降低，對(duì)于沖擊地壓的防治起到較好作用。

6 結(jié)語

（1）通過工作面末采期間微震分析得到，微震能量的走向分布主要集中在30208 工作面超前100m 及滯后方采空區(qū)50m 內(nèi)。其中能量峰值區(qū)超前工作面0 ～40m，滯后工作面0 ～50m 范圍，該區(qū)間為微震能量劇烈影響區(qū)，主要原因?yàn)槊簩由细岔敯澹∣-X 型）破裂[5]造成超前和滯后工作面40 ～50m 位置頂板裂隙或者破斷。

（2）從微震走向看，當(dāng)工作面推進(jìn)至距離主回撤通道120m 時(shí)，微震事件的集中區(qū)域由工作面前方實(shí)體煤區(qū)域逐漸發(fā)育到回撤通道巷道群區(qū)域，建議應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域的監(jiān)測(cè)，末采130m 時(shí)，回撤通道采取禁員措施。末采微震能量峰值區(qū)域?yàn)榫嚯x膠運(yùn)巷160 ～230m，建議末采期間加強(qiáng)該區(qū)域范圍工作面頂板管理，末采回撤通道微震能量峰值區(qū)為臨近回風(fēng)巷100m 范圍，建議加強(qiáng)該范圍內(nèi)支護(hù)。

（3）在工作面推采至回撤通道間距大于190m 時(shí)，支架工作阻力整體保持在30MPa 以下。當(dāng)工作面推過至回撤通道間距小于190m 階段時(shí)，工作阻力逐步上升并保持在30 ～48MPa 左右，一般情況末采煤層高位頂板在采空區(qū)后方破裂，受回撤通道影響，末采超前應(yīng)力達(dá)到回撤通道頂板時(shí)，回撤通道頂板動(dòng)載擾動(dòng)開始破裂，造成回撤通道附近能量事件發(fā)生[6]。

（4）沖擊地壓采煤工作面采取走向長(zhǎng)臂勻速推采[7]及采取相關(guān)頂板措施，促使采空區(qū)頂板及時(shí)有效垮落，這是避免發(fā)生沖擊地壓的關(guān)鍵。