工作面采前冲击危险性预评估

2020-10-09朱广安蒋启鹏刘海洋

技术与创新管理 2020年5期

朱广安蒋启鹏刘海洋

摘要：随着开采深度和强度的增加，冲击地压灾害愈发严重，严重制约井下的安全高效生产和人员安全，因此如何进行有效地采前冲击危险区域的预评价显得尤为重要。首先，基于现场典型冲击地压案例分析，总结归纳了影响工作面冲击危险的主要地质和开采技术因素，并给出了相关影响因素的重要程度排序。其次，合理确定了工作面采前冲击危险的预评估指标，进而构建了工作面采前冲击危险的三级预评估体系。最后基于层次分析法（AHP），计算得出各预评估指标的权重，建立了工作面采前冲击危险综合评估模型。采用文中提出的冲击危险预评估模型，对崔木煤矿21309工作面进行了采前冲击危险性评估，为现场实践提供理论依据。

关键词：冲击地压;回采工作面;冲击危险评价;层次分析法

中图分类号：TD 324 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2020）05-0478-05

Pre-evaluation for rock burst risks in coalface before mining

ZHU Guang-an，JIANG Qi-peng，LIU Hai-yang

（College of Energy Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）

Abstract：With the increase of mining depth and intensity，rock burst disaster has become a common safety problem in underground coal mines.How to effectively pre-evaluate the rock burst hazard in coalfaces before mining becomes particularly important.First of all，based on the statistical analysis of in-situ rock burst

accidents，the main geological and mining factors affecting rock burst risk in coalface are summarized，then the rank in important degree of the related influencing factors is given.Subsequently，the pre-evaluation index of rock burst risk in coalface is reasonable determined，and the three-level pre-evaluation index system is established for rock burst risk in coalface before mining.Finally，according to the Analytic Hierarchy Process （AHP），the weight of each pre-evaluation index is calculated and the comprehensive evaluation model of rock burst risk is established.The proposed model is applied to pre-evaluate the rock burst risk of coalface 21309 in Cuimu Coal Mine，and the results show that finding obtained in this study provide a theoretical guidance for safe mining in coal mines.

Key words：rock burst;mining coalface;rock burst risk evaluation;analytic hierarchy process

0 引言

礦井进入深部开采后，开采条件的复杂化导致冲击地压呈现新的特点[1-2]。因此如何有效评估工作面冲击危险性及冲击危险区域的划分显得尤为重要。

目前对于工作面采前冲击危险的评价方法主要有综合指数法[3]、可能性指数法[4]、地质动力区划法[5]和多因素耦合法[6]等。其中，综合考虑地质和开采技术等因素的综合指数法为当前使用最为广泛的冲击危险性评价方法。上述评价方法主要考虑单个因素的影响，很少涉及各个因素之间的关联性、权重差异等。因此，优化和建立当前的冲击危险性预评估模型，对于工作面采掘期间的冲击地压防治具有更好的指导意义。

以崔木煤矿21309工作面为研究对象，首先基于现场收集的地质和开采技术资料，分析影响工作面冲击危险的主要因素。其次，根据层次分析法，对于各个影响因素进行权重分析，最终得到修正后的综合指数法评价表。以期为该矿其他类似条件下的工作面采前冲击危险性预评估和冲击危险区域的划分提供借鉴。

1 回采工作面冲击地压主控因素分析

以课题组统计的全国5个典型的冲击地压矿区为例，通过对冲击地压事故进行分析，总结归纳其共性和差异性，从而确定诱发工作面回采期间冲击地压的主控因素。

统计结果表明，影响工作面冲击危险的主要有地质和开采技术因素。其中，地质因素主要有埋深、煤岩冲击倾向性、地质构造和顶板岩性特征（一般指煤层上方是否存在厚硬顶板）等;开采技术因素主要有保护层卸压程度、工作面宽度、区段煤柱宽度、相邻采空区、留底煤厚度、工作面初次来压、周期来压和见方等。

如图1所示为统计的224次冲击案例中关于地质因素的统计结果。从图中可以看出，统计的冲击地压事故主要受地质因素影响较大，其中埋深、顶板岩性结构和煤岩冲击倾向性占比达到60%以上，地质构造占比也超过35%。综合对上述6个因素进行重要程度排序，可得埋深>顶板影响>冲击倾向性>褶曲>断层>煤厚变化。

使用同样的方法进行分析，可得不同开采技术因素影响下冲击地压分布情况，如图2所示。

2 冲击危险评价指标体系建立

主要对不同影响因素进行筛选和分析，合理选择和确定适用于评价的相关因素及其指标，最终综合建立相关评价指标体系。

2.1 数据归一化方法

文中的归一化处理主要采用min-max标准化，转换方法如式（1）所示

X*=X-minmax-min

（1）

式中：X*为归一化后值;max为样本数据的最大值;min为样本数据的最小值。

2.2 地质因素评价指标选取

地质因素主要包括工作面埋深、顶板影响、煤岩冲击倾向性、构造发育程度、煤厚变化、冲击地压发生次数等。由于篇幅所限，仅以工作面埋深为列进行说明，其他影响因素指标的选取过程类似。

不同埋深情况下冲击显现统计结果如图3所示。一般而言，当埋深H≤400 m时，几乎无冲击地压发生;当埋深400 m

2.3 开采技术因素评价指标选取

同2.2节，本节主要以区段煤柱宽度的留设为例进行说明。

研究结果表明[7-9]，区段煤柱宽度W≥50 m或W≤3 m时，对防冲最为有利;当3 m

冲击危险开始升高;当10 m

2.4 冲击危险性评价指标体系建立

基于层次分析法对不同地质和开采技术因素的权重值进行分析，建立各地质和开采技术因素权重表。

最终建立了如图4所示的工作面采前冲击地压影响因素评价指标体系。

3 工程应用

崔木煤矿21309工作面位于井田21盘区，中央3条大巷南翼，切眼靠近22盘区地面三维地震勘探圈定的盘区煤层沉积缺失带边界;工作面南部（机巷一侧）为未开采区域;北部（风巷一侧）靠近已回采的22302工作面（留设煤柱160 m）及中央回风大巷（留设煤柱118 m）;西部至设计切眼位置，靠近无煤边界;东部靠近已回采的21307工作面，初步设计预留约120 m保护煤柱，如图5所示。工作面地面标高约+1 370 m～+1 440 m，煤层底板起止标高+700 m～+780 m，工作面平均傾向

宽约200 m，设计走向长976 m。煤层厚度为5.0 m～14.3 m，平均10.5 m;煤层倾角为1°～14°，平均7°左右。顶板以中粒砂岩-砂质泥岩为主，平均厚度10.95 m;底板以砂质泥岩为主，平均厚度6.7 m。

采用文中建立的评价方法对崔木煤矿21309工作面进行采前冲击危险性评价。其中地质因素和开采技术因素评价结果见表3和表4。

4 结论

1）分析了回采工作面冲击地压危险的主要影响因素，统计结果分为地质因素和开采技术因素，并基于动力显现频次给出了相应的重要程度的大致排序。

2）构建了工作面回采冲击地压危险的三级评价指标体系：目标层，即工作面采前冲击危险预评价;准则层，即地质因素、开采技术因素;指标层，即埋深、顶板特征参数和区段煤柱宽度等13项指标。

3）将优化的综合指数法评估模型进行工程应用，在崔木煤矿21309工作面应用良好，工程实践表明，文中所提出的冲击危险性评估模型具有一定的准确性和实用性。

参考文献：

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