浅谈冲击地压工作面危险性的评价方法

杜则铭　刘广运

摘 要：在煤炭资源开采深度以及开采强度增加的当下，煤矿矿井冲击地压等动力灾害日益加剧，对煤矿的安全开采产生严重威胁。煤矿冲击地压现象在矿山开采过程中，是比较常见且容易发生的一种动力现象，通常也是矿山压力所显现出来的一种特殊的呈现形式。冲击地压是在人为开采扰动下，岩石的原始受力状态发生变化，原始应力受到破坏，大量弹性应变能积聚在煤岩体内部，受到破坏后应变能突然释放，导致煤体或者煤岩结构内部失稳，进而引起冲击破坏。在一些特殊的工程地质背景条件下，冲击地压可能还会引发一些其他如煤与瓦斯突出、粉尘爆炸、水灾、火灾等的矿井灾害。

关键词：矿山压力 呈现 冲击地压 岩石应力灾害

中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0058-02

冲击地压是煤矿生产中遇到的最严重灾害之一。随着工程技术的发展，综采液压支架在工程中广泛运用，巷道的支护强度也在不断提高，导致由于冲击地压所造成的井下破坏，逐渐由操作面向巷道中发展。比如，在义马千秋煤矿“11·3”冲击地压事故中，在巷道380 m处破坏最为严重，其中有近百米段巷道基本合拢。因此，认识工作面冲击危险性，发展工作面冲击危险性评价理论，在施工过程中，对于如何提高冲击地压矿井支护的抗冲、防冲能力，成为近年来亟欲研究的重要课题。

1 工作面地质概况

大兴矿北二700工作面位于北二采区东北部，工作面地表为农田地，地表平坦，工作面可采走向长600 m；倾斜宽分别为86 m、132 m、30 m。工作面井下标高约为-507～-543 m，埋深约为570～620 m；工作面位于7-2煤层，煤层厚度在5.20～6.35 m之间，平均为5.78 m。该面煤层呈黑色，玻璃光泽，平坦断口，块状构造。煤层垂直节理发育，走向近东西。该工作面煤层结构复杂，一般有3层夹石，夹石厚约为0.28 m。岩性以炭泥岩为主，硬度小。基本顶：岩性为粗砂岩，灰白色，以长石、石英为主，砂泥质胶结。直接顶：岩性以泥岩、粉砂岩为主，泥质胶结，具斜层理和微波状层理。底板：岩性为粉砂岩、细砂岩。大兴煤矿7-2煤层开采工作面具有埋深大、构造复杂（断层发育丰富）、煤层群开采、临近采空区等特点，易于出现应力集中和能量积聚，使相邻工作面开采时动压显现明显（地表建筑物能够产生显现），在重力应力场约束作用下保存的构造应力场以及采动造成的集中应力足以使煤（岩）体产生破坏，有发生破坏性动力灾害（冲击地压）的可能。

2 冲击危险性评价方法

煤层冲击地压危险类型主要为以下4种。（1）重力型：主要受重力作用引发的冲击地压，没有或只有少量构造力的影响。北二700工作面埋深约为570～620 m，属于深部工作面，具备了发生冲击地压的深度条件。（2）结构式：出现问题的地方主要在断裂带。冲击地压往往会发生在已经发生岩石断层、褶皱或者煤矿开采面的地方。北二700工作面临近和揭露多条断层，且部分断层影响了工作面的布置，存在较大冲击地压危险性。（3）边界型：主要为巷道开掘和工作面开采形成的采空区和残留煤柱对工作面的影响。工作面西侧为北二701工作面采空区，采掘时受采空侧压影响，存在冲击地压危险性。（4）复合型：3种类型相互交错的现象，与其他破坏情况相比较而言，该类型破坏时的危害更大。根据上述4种煤层冲击压力破坏型，关于对此危害性评价的方法如下。

2.1 指数全面分析

指数全面分析是指根据对其所在施工地质条件分析的基础上结合所有的可能影响压力的因素，并利用指数函数来表示每个因素的影响程度，最终确定危险情况是否发生。（1）开采地质条件分析压力危险：大兴煤矿7-2煤层九采区北二700工作面地质因素影响下的冲击地压危险性指数为Wtl=0.42，介于0.3～0.5之间，因此具弱冲击危险。冲击危险主要为煤层煤炮、煤层大埋深、坚硬顶板等引起的应力集中程度。（2）开采状况分析压力大小：通过分析开采引起的压力大小可以发现，站在开采手段的角度分析，北部二区开采面的危险数在0.4左右，所以有弱压力冲击危险。主要影响因素为采深、断层等。

2.2 经验类比法

根据对大兴煤矿北二700工作面导致产生冲击压力的工程概况以及开采的手段分析可知，通过结合其他工况分析得到了其他原因。北二700工作面埋深570～620 m，归属是深处工作面，而且超过了冲击低压的深度。开采面有可能发生断裂，揭露多条断层，被断层所切割，存在冲击危险。且临近北二701工作面采空区，在采空区影响范围内开掘巷道和回采工作面存在安全危险。通过以往经验分析法可知，由于断裂带、煤层、工作区等原因的综合作用，将北部二区700开采面回采过程中冲击地压危险区域、危险等级进行了叠加分析，共划分了6个冲击危险区域，其中弱冲击危险区域为5个，中等冲击危险区域为1个。则需要对危险区域进行冲击地压监测和结尾处理。

3 冲击地压危险性评价与结果分析

综合指数法分析结果是大兴煤矿北二700工作面地质因素影响下冲击地压危险性指数Wtl=0.42，介于0.3～0.5之间，具有弱冲击危险；开采技术条件影响下冲击危险指数为Wt2=0.33，介于0.3～0.5之间，因此具有弱冲击危险。经验类比法结果分析根据结果分析为6个冲击危险区域分布在北二700工作面。其中有5个弱冲击危险区域，1个中等冲击危险区域。综合以上两种方法的分析结果，依据冲击地压分级的方法，北二700工作面冲击地压危险性整体上具有中等偏弱冲击危险。根据综合指数法计算，北二700工作面在地质条件与开采条件影响下冲击地压危险性指数分别是0.42和0.33，综合分析得出具有弱冲击危险。由经验类比法分析，北二700工作面由5个弱冲击危险区域和1个中等冲击危险区域组成。综合分析综合指数法和经验类比法的结果，根据冲击地压分级方法分析，确定北二700工作面冲击地压危险性整体上具有中等偏弱冲击危险。

4 结语

利用综合指数法和经验类比法对北二700工作面进行冲击地压危险等级评估。工作面在地质条件和开采条件影响下的冲击危险指数分别为0.42和0.33，为弱冲击危险；并且对工作面回采期间划分了6个冲击地压危险区域。分析综合指数法和经验类比法评估，确定北二700工作面冲击地压危险性整体上具有中等偏弱冲击危险。根据评定结果必须进行相关的冲击地压监测和解危措施，方可进行回采。

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