顶板疏水快速回采工作面冲击地压机理及防治措施研究

＊李生亚

（汾西矿业集团水峪煤业 山西 032300）

目前，我国煤炭资源开采过程中，矿区开采不断加深，许多矿井在具体开采时，会面临的冲击地压威胁，这会对煤矿开采的进行造成不良影响。对开采矿井进行探究可以发现，开采区域内经常会面临回采速度过快、大面积积水等，这会对开采作业造成不良影响，如果快速回采经过疏水区时，发生了显著动力现象，这会对煤矿矿井开采造成一定影响。可见，为了确保开采作业顺利进行，必须要从实际情况出发，加强对相关问题的探究。

1.概况

某煤矿的08工作面为该煤矿312采取首采工作面，采煤采取走向长壁综放方法进行，倾向长度为285.8m，平均埋深约为658.7m，煤层平均厚度约为9.31m，煤层倾斜角度主要集中在0°-4°，地质整体构造十分简单，直接顶为0.78m厚泥岩，基本顶处地质为细粒砂岩，其厚度约为32.28m，基本底为粉砂岩，其厚度约为9.31m。通过对煤矿所在区域地质情况进行观察可以发现，08工作面顶板富水区分布不均匀，在掘进工作面期间，采用疏水孔提前疏水。

工作面在正常生产期间，出现了冲击地压现象，并且在作业现场经常会出现打煤炮声，作业面煤臂出现了大片帮，作业面前方顶板处出现了大量掉渣，巷帮部分发生了漏网问题。

通过对煤矿开采现场情况进行全面调查可以发现，08工作面4d内回采速度的平均值为6.5m/d，而且在富水区疏水影响内[1]。针对这一现象进行分析可以确定，该冲击现场出现问题的原因是回采速度过快，超前应力过于集中，引起了煤壁大片帮冲击现象[2]。

2.分析煤矿冲击地压机理

(1)应力分布受疏水的影响

开采顶板如果存在富水区工作面时，可能会遭受到临突水溃砂顶板水破坏，这会对后续相应工作开展造成不良影响。因此，进行回采时要做好顶板疏水工作，确保工作面开采安全、高效。工作人员在实际工作开展期间对疏水前应力具体分布情况进行全面分析，将该煤矿区地质情况作为作为基础，构建数值模型，研究不同回采速度对疏水影响区域用力演化的具体规律，模型的长为420m，宽度为12m，高为115m，对于边界要利用位移约束固定。富水区前后煤层顶板垂直应力的具体分布情况如表1所示。

表1 疏水前后煤层顶板垂直应分布情况

通过表1中的各项数据能够看出，富水区疏水后，会重新分布顶板原岩应力和煤层，区域边缘处的应力会集中在增压区域内，并且会受疏水影响。

(2)不同回采速度过疏水区对支承压力的影响

在回采作业开展时，通过不同回采速度由富水区一侧48.5m外回采到富水区另一侧48.5m之外，进行回采作业时，回采速度分别为4.5m/d、6.5m/d、8.5m/d、10.5m/d，在不同回采速度下，对回采到疏水增压区和卸压区作业面的压力分布情况进行探讨[3]。

(3)模拟采取不同回采速度过疏水增区情况

在实际模拟过程中，判断线为煤体发生冲击时的应力判断线，其数值约为27.3MPa，通过这一数据不难看出，受富水区增压影响，回采速度由小到所对应的超前支撑压力峰值不断提高，这一结果表明，随着回采速度加大，经过疏水增压区形成应力集中程也将会进一步提高。而在回采速度大小为4.5m/d时，应力峰值并未超过冲击判断线，当回采速度超过6.5m/d时，应力峰值将会超过冲击判断线，满足了冲击应力的具体条件[4]。

(4)采取不同速度模拟回采过疏水卸压区

疏水后卸压区，在回采速度不同情况下，超前支承压力大小如表2所示。

表2 卸压区不同回采速度下超前支承压力大小

通过表2中数据可以发现，回采速度与支撑压力峰值两者呈正相关，而且在不同地区回采速度大小也会有所改变，而当回采速度达到8.5m/d时，应力峰值达到冲击临界应力标准。由此可见，顶板富水区富水后将会形成卸压区与增压区，如果作业面回采经过疏水区将会在煤矿开采区域内形成增压区，在增压区内，各项应力将会发生相互叠加，与慢速回采作业开展进行对比可以发现，容易超过冲击地压临界值，在该情况下，会对回采作业面产生冲击，这会对后续开采作业的顺利进行造成不良影响，因此，工作人员提高对这一内容的重视。

3.煤矿开采防冲措施分析

(1)提高增压区卸压钻孔密度

在进行煤矿开采作业时，经常会遇到具有一定危险性作业面，回采开展时，工作人员要提前分析作业区域，针对冲击地压较为危险区域，要提前做好划分工作，设置了大直径预卸压专控，需要注意的是，在实际工作开展时，为了确保巷道围岩疏水增压可以长期处于“低应力”状态，针对附属边缘区前约100m位置处，加密施工卸压钻孔，通过上述方式处理，从而达到提高增压区卸压钻孔密度的目的，确保煤矿开采工作顺利进行[5]。

(2)增压区进行预断顶

工作人员对煤矿工作面区域内2条巷道疏水增压前后48.5m范围内，开展爆破或水压方式致裂预断顶，通过该处理方式，能够大幅度降低工作面过疏水增压而带来的各种安全隐患。

(3)补强疏水影响区域支护

为了减缓围岩变形情况的发生，避免发生严重事故，对富水边缘前100m范围内，要补强巷道顶板和帮部支护，而且要加设1排支架，从而使超前被动支护整体强度能够得到进一步提高，确保其能够满足应用需求。

(4)调整疏水影响区域内回采速度

依据大量的实践经验可以确定，工作人员可以降低回采作业速度，确保开采作业安全性，但是不得盲目降低回采速度，这主要是因为过慢的回采速度会降低煤矿开采时的经济效益[6]。由此可见，在实际开采期间，为了兼顾安全、经济、能源应用等各项内容，因此，要在疏水影响区内，对回采速度进行适当调整。在实际问题分析期间，依据微震监测与数据模拟，在回采疏水增压区时，当回采速度在4.5m/d以内时，并未达到冲击条件。回采疏水卸压区时，可以依据该区域情况，提高回采速度，让回采速度达到8.5m/d，此时应力峰值将会达到冲击临界值，通过微震监测，能量释放仍然处于较低水平，可见，在回采疏水卸压区域时，要适当调整回采速度，让其大小保持在8.5m/d以内，以该速度进行回采，不仅能够确保开采安全，而且能够满足开采需求，同时能够获取不错的经济效益。

4.结语

依据煤矿开采实例对顶板疏水快速回采工作面冲击地压机理进行分析，在此基础上对煤矿开采防冲措施分析，通过合理措施确保煤矿安全开采，为人们提供丰富的煤矿资源，促进煤矿行业健康发展。