采煤工作面两侧沿空开采冲击地压防治技术应用与实践

王 磊，曾柯植，张恒军

（兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东 邹城273512）

东滩煤矿14317 工作面的东侧及南侧都已开采，切眼沿空布置，因此工作面初采阶段为两侧沿空开采，切眼靠近轨顺一侧煤体为受双向采动影响的高应力集中区。为保障工作面安全回采，需对应力集中区域超前采取措施，预防冲击地压的发生。

1 工作面概况

图1 14317 工作面平面位置示意图

14317 综放工作面位于十四采区西部，北邻东滩矿与兴隆庄矿矿界，南邻143 上16 工作面采空区，西邻东滩矿与鲍店矿矿界，东邻14318 工作面采空区。工作面两顺槽相互平行，东侧顺槽作为轨顺，轨顺巷中与14318 运顺巷中间距9m，西侧的顺槽作为运顺，运顺西侧布置有辅助运煤巷；切眼南帮与143 上16 运顺间距5.0m，垂直两顺槽布置。14317②设计停采线运顺侧距14310 (西) 轨顺南帮324m，轨顺侧向北调斜30m。14317①设计停采线距辅助切眼北帮275.6m。工作面设计运顺长766.0m,辅助运煤巷长275.6m，轨顺长796.0m,正常段倾斜宽185.0m，合面段倾斜宽315.8m。工作面标高：-489.4m～-510.3m，平均-499.8m，14317 工作面平面位置示意图见图1。

2 煤层赋存特征及顶底板状况

工作面回采二叠系山西组3（3 上、3 下）煤层，黑色，半暗型煤，以暗煤为主，夹镜煤条带，厚层块状，内生裂隙发育。3 煤层厚9.06m～9.70m，平均9.40m，由东南部向西北部逐渐变厚，煤层稳定，结构复杂，含1～2 层夹矸，一层距3 煤底板之上3.24m～3.70m 处，为一层厚0～2.30m 的泥岩或粉砂岩夹矸，北薄南厚；另一层距3 煤顶板之下3.20m～3.80m 处，为一层厚0.02m～0.03m 的泥质粉砂岩夹矸，是3（3 上）煤层较为稳定的标志层。3煤层0.70m 夹矸分叉线位于工作面南部，分叉线以南煤层分叉为3 上煤与3 下煤。3 上煤厚5.50m～6.30m，平均5.60m；3 下煤厚3.24m～3.70m，平均3.50m。工作面中部及北部回采3 煤，南部回采3 上煤。煤层顶底板状况表见表1。

表1 煤层顶底板状况表

3 回采工艺及支护形式

14317 工作面采用走向长壁顶板垮落综采放顶煤一次采全高采煤法。

回采期间，运顺采用2 组ZT44800/25/45 型顺槽支架配合单体支护顶板，支护距离不低于60m；轨顺采用5 组ZT115200/23.5/45 型顺槽支架配合单体支护顶板，支护距离不低于120m。

4 14317 综放工作面冲击危险评估

根据综合指数法评价，工作面冲击危险综合指数为0.71，为中等冲击危险，回采期间，受轨顺切眼两侧沿空影响，工作面推进到3 上煤与3 下煤夹矸0.7m 分界线向外100m 的范围，共372m 具有中等冲击地压危险。

图2 14317 工作面回采期间冲击地压危险区域图

5 双向采动影响下应力集中程度数值模拟

5.1 计算模型的建立

为反映14317 工作面受两侧采空影响煤体应力分布特征，以14317 工作面实际地质和开采技术条件为背景，建立FLAC 3D 三维数值计算模型。模型走向长度400m，倾斜宽度400m，高度150m，共划分390160 个单元，403137 个节点。图3 为14317 工作面模型俯视图，图4 为14317 工作面模型顶底板岩性分布图。

图3 14317 工作面模拟俯视图

图4 14317 工作面模拟岩性分布图

5.2 14317 工作面数值模拟结果分析

模拟主要研究受切眼和轨顺两侧采空区共同影响下，14317 工作面开采之前切眼附近的煤体应力分布状态。

图5 两侧采空影响下14317 工作面采前应力分布平面图

图5 为14317 工作面回采前应力分布平面图，可以看出，14317 工作面回采前受14318 工作面和14316 工作面两侧采空影响，应力升高区在工作面右下角处两向叠加，应力峰值达到60MPa，应力集中系数达到4 左右，具有冲击地压危险，应提前做好解危处理工作。

根据以上分析可以得出，在切眼和轨顺内侧分别50m 的范围内，应力集中程度较高，具有冲击地压的危险；其中切眼和轨顺内侧分别30m 的范围内应力集中程度极高，说明这一区域受两侧采空影响应力集中叠加效应明显，预计冲击地压危险性更大。

6 14317 工作面冲击地压防治情况

6.1 超前预卸压措施

在14317 工作面回采前，对工作面中等冲击危险区域施工大直径预卸压钻孔，进行卸压处理。在14317 工作面轨顺侧从开切眼至1005m 间施工直径150mm，深度不小于20m，钻孔间距2m 的预卸压钻孔。

6.2 冲击地压监测

1）钻屑法监测。每次对工作面前方100m 范围内的冲击地压危险区域进行钻屑法检测，每天检测一次（检修班），若检测指标超过临界值时，施工卸压孔进行卸压解危。

2）微震监测系统。在14317 工作面周围布置了4个微震监测测站，满足14317 工作面回采监测需要。

经对监测到的微震事件分析统计，工作面附近震动主要以小能量震动事件为主，自工作面开始生产，14317 工作面及其周围共监测到有效震动186次，所有监测震动能量均低于1×104J。

图6 14317 工作面回采期间微震频次及能量统计图

3）应力在线监测系统。14317 工作面轨顺、运顺、辅助运煤巷采帮冲击地压危险的区段安装监测系统，按照每30m 布置一组测站，每一组安装2 个应力计，深孔14m 与浅孔8m，两孔间距为1m 左右。实现冲击地压危险区和危险程度的实时监测预报预警。

6.3 巷道围岩变形观测结果

6.3.1 测点布置

轨顺巷道围岩变形观测，距切眼58m 到78m 范围，每10m 设立一组围岩变形观测点，观测顶底板和两帮移近量。

运顺巷道围岩变形观测，距切眼48m、67m、78m位置，各设立一组围岩变形观测点，观测顶底板和两帮移近量。

6.3.2 数据分析

表2 轨运顺围岩变形观测数据表

图7 14317 围岩变形统计图

通过整理分析，在轨顺测区，即沿空侧两帮累计最大移近量为119mm，累计最大顶底板移近量为150mm，两帮最大移近速度为36mm/d，两帮平均移近速度为4.3mm/d。顶底板最大移近量为150mm，顶底板最大移近速度为64mm/天，顶底板平均移近速度为6mm/天。轨顺超前影响范围70m，剧烈影响范围45m。

6.3.3 运顺巷道围岩变化情况

由表中可以看出，运顺的变化量较小，在运顺测区，即实体煤巷道,两帮累计最大移近量为36mm，两帮最大移近速度为10mm/d，两帮平均移近速度为1mm/d。累计最大顶底板移近量为162mm，顶底板最大移近速度为55mm/ 天，顶底板平均移近速度为4.4mm/天。轨顺超前影响范围60m，剧烈影响范围45m。

累计顶底板最大移近量162mm，平均移进速度4.4mm/d。超前影响范围为45m，剧烈影响范围距煤壁30m 以内。

6.3.4 观测结果

14317 两顺槽施工大直径卸压钻孔后，顺槽两帮移近量明显减少，最大为119mm，能够满足回采需要，节省了大量的人力、物力，为工作面安全回采创造了有利条件。

7 结 论

1）14317 工作面回采前，超前对工作面轨顺沿空中等冲击地压危险区域进行了煤层预卸压施工，防冲治理工作的提前开展保证了生产的连续，生产过程中，防冲工作未影响工作面正常推进，创造了良好的经济效益。

2）14317 工作面轨顺初采期间受两侧沿空影响，动压显现较明显，该工作面的安全回采，为类似工作面开采提供了大量的现场经验。

3）实现了工作面安全回采，消除了防冲薄弱环节，避免了工作面应力集中情况下生产，保证了现场施工人员安全。