软岩煤层不规则煤柱对冲击地压的影响

李 俊

（国家能源集团乌海能源有限责任公司，内蒙古乌海016000）

1 矿井及工作面概况

国家能源集团乌海能源公司老石旦煤矿位于内蒙古自治区桌子山煤田西翼的老石旦矿区，行政区划属乌海市海南区管辖[1]。老石旦煤矿技改完成后采用主斜井—副斜井—回风立井混合式开拓方式，采用单一水平采区式开采，共划分南采区、北一采区、北二采区，北三采区四个采区。现南采区、北一采区和北二采区已全部开采结束，并封闭完毕。矿井共布置主斜井、缓坡副斜井、回风立井三个井筒。老石旦煤矿通风方式为中央分列式，通风方法为抽出式，全矿有4个井筒，其中主斜井、技改副斜井进风，回风立井回风。回风立井安装了两台主要通风机，一台运转，一台备用，FBCDZ-№23，功率2×132kW，通风阻力1760Pa，主扇风量为5454m3/min[2]。

031604工作面位于北三采区16#煤层，属稳定的中厚煤层。工作面煤层倾角1°～4°，煤层平均总厚度为8.8m，纯煤平均厚度为7.5m，含3～4层夹矸，煤层结构复杂，煤层走向为147°，倾向为237°。煤层可采指数为1，变异系数15%，煤层赋存较稳定，该工作面煤层较松软，局部顶板可能破碎。工作面走向全长约2500m，工作面分南北翼部分，南翼部分走向长1060m，北翼部分走向长1440m，现南翼部分剩余73.8m（含三条下山44.76m），北翼还未开采，031604 工作面南翼部分开采时，倾斜长264m，南翼过旧系统三条下山开采结束后，要求变为单翼开采，变成单一开采后进行缩面形成不规则煤柱，此时工作面倾斜长为213m，近水平煤层。如图1所示。

图1 031604工作面模拟俯视图

2 支架应力监测及运用FLAC3D[3]模拟分析

2.1 031604工作面支架工作情况

自2018 年6 月1～15 日，取15d 数据进行分析，如图2所示：通过统计分析可以看出整个工作面支架阻力平均值在14～19MPa 之间，整个工作面最大阻力不超过32MPa，从观测的支架阻力数值来看，031604工作面发生冲击地压危险性较小。

2.2 运用FLAC3D数值模拟031604工作面缩面后应力集中情况

基于回采工作面031604 推进，逐渐临近采空区031601 工作面，为了形成合理煤柱进行一次缩面形成80m煤柱及与采空区031601相邻时形成30m煤柱时煤柱中应力集中情况。

图2 031604工作面15d支架阻力变化情况

图3 031604工作面开采到缩面位置的应力分布图

（1）如图3：当工作面推进时，031604工作面与采空区03601工作面之间会形成80m煤柱，煤柱的应力峰值与工作面未开采时相比较，有明显升高，峰值为8.58MPa 且集中在煤柱中心部位，此时煤柱处于应力平衡状态。

图4 031604工作面缩面后开采50m时的应力分布图

（2）如图4：031604工作面一次缩面后与031601工作面形成60m 煤柱时，煤柱中应力升高，峰值达到9.21MPa，此时煤柱扔处于应力平衡状态。

图5 031604工作面缩面后开采200m时的应力分布图

（3）如图5：031604 工作面一次缩面后继续推进与031601 采空区形成30m 煤柱，其煤柱的应力峰值为9.20MPa，应力峰值集中在031604实体煤一侧，此时煤柱应力平衡。

图6 031604工作面缩面后开采400m时的应力分布图

（3）如图6：031604工作面推进与031601采空区形成200m 长30m 宽煤柱时，煤柱的应力峰值下降到8.94MPa，此时30m 煤柱区域应力集中较小，应力峰值集中在031604实体煤一侧，此时煤柱应力平衡。

3 冲击地压危险性评价

3.1 影响冲击地压发生的地质因素及指数

通过对031604 工作面的危险因素进行评定，并对其评定结果计算。

计算的到的冲击地压危险因素指数为Wt1

得出影响冲击地压的地质因素为Wt1=0.41。

3.2 影响冲击地压危险状态的开采技术因素及指数

（1）根据开采技术条件、开采历史，煤柱、停采线等这些开采历史和开采技术因素，确定相应的影响冲击地压危险状态的指数，从而为冲击地压的预测预报和危险性评估、冲击地压的治理提供依据。

（2）根据影响冲击地压危险状态的开采技术因素，经计算冲击地压危险指数为0.24。

（3）用下式来确定采掘工作面周围开采技术条件对冲击地压危险状态的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数Wt2。

（4）以上给出了采掘工作面周围地质因素和采矿技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定的指数Wt1和Wt2的具体表达式，根据这两个指数，用下式就可以确定出采掘工作面周围冲击地压危险状态等级评定的综合指数Wt。

（5）式中，Wt为某采掘工作面的冲击地压危险状态等级评定综合指数，以此可以圈定冲击地压危险程度。

根据以上分级，确定031604 工作面冲击危险综合指数为0.24，为无冲击危险。

4 结论

（1）分析了老石旦煤矿031604 工作面地质条件及开采条件，以支架数据分析可知：无强烈开采扰动条件下不会发生冲击地压事故。

（2）采用FLAC3D数值模拟分析了老石旦煤矿031604 工作面开采过程中的应力分布及其演化规律；分析了031604工作面推进和采空区形成不规则煤柱中的应力集中情况。

（3）采用综合指数法对老石旦煤矿031604 工作面冲击地压危险性进行了评估，结果表明，老石旦煤矿031604 工作面不具备发生冲击地压的可能性，属于无冲击地压危险矿井，按照常规管理进行开采即可。