厚煤层综采工作面冲击地压危险性评估研究

李 钦 王怀虎

（兖煤矿业工程有限公司，山东 邹城 273500）

随着煤炭资源的开采逐渐向深部转移，冲击地压发生的可能性也显著增大。针对冲击地压的危险性评价，国内外许多学者已经进行了相关研究[1-2]。

1 工作面概况

工作面位于221盘区西部，也是本矿井第一个布置的2-2上煤层工作面。西为221上18工作面，南到DP53H油气井保护煤柱，北到吉祥福慧寺保护煤柱边界，东为221上01工作面。工作面倾向长330m，走向长829.5m。煤层厚度为4.39～6.49m，平均5.43m。煤层倾角0～3°，平均1°。煤层结构复杂，大部分含1～2层泥岩夹矸，煤层普氏系数(f)一般在1.71左右。煤层顶底板情况如表1所示。

2 冲击地压危险监测方案

石拉乌素矿井煤层埋藏较深，压力大，掘进过程中煤炮频繁，顺槽施工和工作面回采期间必须进行冲击地压监测，为保证施工过程中的安全，根据其地质特点决定采用钻屑法监测检验煤体冲击危险，从而对工作面进行冲击危险性评估[3]。221上17综采工作面平面位置示意图如图1所示。

表1 煤层顶底板情况表

图1 221上17综采工作面平面位置示意图

2.1 工作面掘进期间监测方案

监测点布置在回风顺槽，监测孔眼深均为14m，钻孔直径42mm，监测孔布置在煤层中，当现场由于地质条件影响，岩石中无法打监测孔时，调整监测孔位置，监测孔必须在煤层中施工，距巷道底板1.5m左右。监测孔布置图如图2所示。

掘进过程中，每掘进14m，迎头施工一个监测钻孔，西帮每30m施工一组监测孔，一组施工两个监测钻孔，监测钻孔距迎头的距离分别为15m、30m。东帮每施工10m施工一个监测钻孔，监测钻孔距离迎头的距离为10m。掘进过程中遇断层、构造带时，断层前后10m在巷道两帮各施工1组监测钻孔，一组2个钻孔，眼深14m，间距15m，第一个钻孔布置在距断层面5m位置处。

图2 监测钻孔布置示意图

2.2 工作面回采期间监测方案

工作面回采过程中，通过施工应力监测系统，加强冲击地压监测，两顺槽每隔25m施工一个测站，每个测站安装两个测点，深度分别为12m和7m，间距为2m，测站随工作面推进往前挪移，确保安全监测距离不小于200m。钻屑法煤粉监测设计孔深14m。

在工作面回风顺槽内帮和胶带顺槽内帮，超前150m范围内进行煤粉监测，监测孔布置在应力在线监测系统反映的高应力区域，每天早班监测一次，应力较低、动力现象较弱时，第一天在超前工作面60m布置监测孔，第二天在超前70～150m范围内布置监测孔。

3 冲击危险性评估

对221上17工作面冲击危险性评估必须具有针对性，主要采用综合指数法和可能性指数诊断法。

3.1 综合指数法评价

综合指数法评价用于对工作面冲击地压危险性进行评价，以便正确地认识冲击地压对矿井生产的威胁[4-5]。其核心表达式为：

由评定工作面的地质因素和开采技术因素影响的冲击危险综合指数，可判定221上17工作面冲击危险综合指数，根据（1）式得出：Wt=max{Wt1，Wt2}=max{0.14、0.44}=0.44。

由此可见，221上17开采工作面的冲击地压危险状态等级评定综合指数Wt=0.44，属于弱冲击危险性。

3.2 可能性指数诊断法评价

应力状态和煤岩体的性质是发生冲击地压最主要的因素。因此，采用冲击地压发生的可能性指数诊断法为基本方法进行综合研究[6]。

（1）测试和计算煤岩体的冲击倾向性

煤层的弹性能量指数Wet=1.27。

（2）计算应力和冲击倾向性各自对“发生冲击地压”事件的隶属度

应力对“发生冲击地压”事件的隶属度计算公式为：

应力隶属度

式中：

Ic=kγH/σc，在 221上17 工作面应力集中区域，k=2.0，Ic=23.5MPa/7.63MPa= 3.0。

即采动应力对“发生冲击地压”事件的隶属度为：

冲击倾向性对“发生冲击地压”事件的隶属度计算公式为：

倾向性隶属度

式中：

Wet-弹性能指数。

工作面Wet为1.27。

（3）计算冲击地压发生的可能性指数

（4）诊断某一点冲击地压发生的可能性

根据表2，初步确定某一点冲击地压发生的可能性。

表2 冲击地压发生可能性评价指标

工作面冲击地压发生的可能性指数U=0.82，具备了能够发生冲击地压的应力条件，如果不提前采取防治措施，工作面很可能发生冲击地压。

4 冲击地压防治

4.1 两巷超前支护

（1）回风顺槽冲击地压区域超前支护

回风顺槽冲击地压区域超前支护距离不小于60m。靠近切眼处布置3组顺槽支架支护距离20m，顺槽支架外离内帮2.0m布置1路单体液压支柱支护距离40m，单体间距2m，确保总支护距离不小于60m。

（2）胶带顺槽冲击地压区域超前支护

胶带顺槽冲击地压区域超前支护距离不小于60m。靠近切眼处布置3组顺槽支架支护距离20m，顺槽支架外沿转载机电机外沿200mm布置1路单体液压支柱支护距离40m，单体间距2m，确保总支护距离不小于60m。

4.2 钻孔卸压

在掘进、回采期间实施大直径钻孔卸压，钻孔直径100～120mm，钻孔深度20m，高度在1.2～1.5m之间。在内帮进行施工，间距2.0m，当采用2.0m间距无法完全释放应力进行解危时，将孔间距改为1.0m，进行密集排煤粉卸压。

4.3 矿压观测

加强矿压观测，掌握工作面周期来压规律，提前预测来压位置，确定采动影响范围及支撑压力分布变化规律提前采取防范措施。

依据工作面地质、周边状况以及相邻矿井在开采过程中的矿压显现规律，为工作面的顶板管理和支护状态、强度及安全提供合理的支护参数。

5 结论

（1）根据 221上17工作面地质因素和开采技术因素，利用综合指数法计算出了221上17开采工作面的冲击地压危险状态等级评定综合指数Wt=0.44，属于弱冲击危险性。

（2）根据可能性指数诊断法评价，221上17工作面冲击地压发生的可能性指数U=0.82，具备了能够发生冲击地压的应力条件。

（3）221上17工作面掘进、回采期间采用煤体大直径钻孔卸压、爆破卸压等措施，设立防冲机构加强管理，制定并严格实施防冲规章制度，有效防治冲击地压。