不规则停采线煤柱高应力下大采高工作面末采期间冲击地压监测分析研究

齐建峰

（鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）

0 引言

母杜柴登矿井30208 综采工作面位于母杜柴登矿井西南部，为302 盘区南翼最西侧的回采工作面，开采3-1 煤层，东邻设计的30207 工作面，南邻井田边界保护煤柱，北邻大巷保护煤柱线。30208 综采工作面走向长5956m，倾向长300m。可采面积为1786800m2，该工作面煤层平均厚度5.92m，可采储量1259 万吨，设计采高5.92m。30208 工作面已回采了近5868m，因30208 工作面停采线煤柱与30207 工作面停采线煤柱距离为165m，属不规则停采线，剩余20 余米，回采期间产生了大量的能量事件，对末采至不规则煤柱及工作面回撤造成较大的冲击地压防治压力，通过相关监测数据分析，有效指导防治措施的技术优化，确保安全回撤[1]。

1 30208 工作面末采期间致灾性分析

当30208 工作面进入末采阶段后，工作面不断推进，直到靠近主回撤通道时，前方实体煤受到超前压力的影响，并且其逐渐向煤层内部转移，在其达到应力峰值时使巷帮煤体垮落[2]。当回采工作面与主回撤通道贯通时，双回撤通道间的留设煤柱会形成应力升高区和应力降低区，即主回撤通道巷帮出现应力集中，工作面的超前支承压力与巷道支承压力叠加使回撤通道围岩压力加剧，容易发生巷道失稳破坏[3]。因母杜柴登煤矿近距离关键层厚度较大、破断距大，随着30208 工作面进入末采阶段，工作面采空区悬露顶板关键层厚度大，其破断距较大，工作面靠近回撤通道，其煤层上方的超前压力逐渐向回撤通道一侧转移，导致回撤通道围岩应力集中程度进一步增加。其走向破裂峰值区位于工作面超前区域，此类破裂产生的动载是巷道动载诱冲主要力源，易导致冲击地压事故。同时，2-2 煤上覆关键层厚度较大，破裂诱发大能量事件，甚至矿震事件的危险也客观存在。

2 30208 工作面大能量事件分布特征分析

2.1 30208 工作面1.0E+03J 以上微震能量分布

为探究30208 工作面诱发大能量事件的关键层，进一步分析工作面大能量级别事件的微震集中分布区域，对30208 工作面回采至今的大能量级别事件进行归纳统计，如表1 所示。

表1 工作面大能量事件统计

由表1 可以看出，2022 年共出现6 次大能量事件，其中1 月份的2 次大能量事件距回撤通道110m 左右，2月份出现的4 次大能量事件均出现在主辅回撤通道区域。

（1）在初采期间出现少量的1.0E+03J 级别的微震事件，并且多集中分布在煤层顶板岩层由薄变厚的区域；在工作面“见方”区域出现少量的1.0E+03J 级别的微震事件主要集中分布在煤层顶板岩层由厚变薄的区域及构件主要集中分布在煤层顶板岩层由薄变厚的区域。

（2）在腰巷附近的1.0E+03J 级别微震事件逐渐增多，并且集中分布在煤层顶板岩层由厚变薄的区域。

（3）在工作面末采阶段的1.0E+03J 级别微震事件出现陡增趋势，该阶段的微震事件主要集中分布在巨厚的砂岩层区域。

通过以上分析可以看出，30208 工作面的1.0E+03J级别微震事件分布与岩层厚度变化有关，同时在岩层由薄变厚的区域3 次微震事件分布更为集中。

2.2 30208 工作面末采期间微震能量、频次走向及倾向分布

为进一步分析工作面在末采阶段微震走向及倾向的分布特征，分别按照不同时间区段对微震事件借助固定工作面的方法进行分布讨论分析。

由末采微震能量、频次走向及倾向表明，当工作面推进至距离回撤通道80 ～120m 时，规律大致相同，微震能量主要以回风巷正帮0 ～100m 区域为主，并且在靠近胶运巷100 处出现小的能量峰值区，主要是受向斜的影响，导致微震分布主要集中在向斜轴附近。

3 基于30208 工作面末采期间CT 反演结果

利用地震CT 透射技术对30208 工作面回撤通道以里300 ～450m 的范围进行冲击危险性探测，对工作面高应力区、高应力差区进行划定。基于分析主动式CT 探测结果，主要将30208 工作面辅助运输巷向面里11m ～66m划分为应力集中区，辅回撤通道向胶带运输巷83m 范围划分为应力集中区。针对本次监测结论，共圈定2 处弱冲击危险区域，均处于停采线煤柱区，建议措施如下。

（1）因一处区域受冲刷带影响，属于波速异常区，需加强该区域回采期间支护管理；另一区域受冲刷带褶曲地质构造影响，应力相对较高，需对煤巷段进行钻屑法检验，并对微震、应力在线监测情况判定存在冲击危险时，进行解危卸压处置。

（2）30208 工作面生产后严格落实限员管理制度。综合冲击地压与现场生产条件，分析判定存在冲击地压危险时应及时采取卸压措施，并采取加强支护措施，保证加强支护的区域要完整覆盖危险区。

（3）主动式CT 探测属于静态应力场探测，工作面前方应力场随着工作面推采及上覆岩层断裂、运动而变化。因此，冲击危险区及等级也可能发生动态变化，现场须根据实时监测数据分析和钻屑监测，综合判定危险区动态变化，并及时调整综合防冲措施[4]。

4 30208 末采期间垛式支架应力分布

根据垛式支架应力分析，在末采150m 时出现应力上升，在剩余80m 时受工作面回采超前应力影响开始大范围上升，因此在回撤通道末采100m 时，回撤通道采取禁员措施。

（1）根据回撤通道应力进行分析。辅回撤通道应力在末采236m 左右应力个别出现升高，应力急剧上升在末采130m 左右。主回撤通道煤柱帮应力在距离回采工作面208m 左右应力个别出现升高，应力急剧上升在末采115m左右。主回撤通道帮应力在距离回采工作面240m 左右应力个别出现升高，应力急剧上升在末采120m 左右。回撤通道应力初始升高范围末采200 ～240m 左右，个别应力开始上升。

（2）末采主回撤、回采帮两端头应力均出现上升，辅回撤通道、主回撤通道煤柱两端30m 范围应力平稳。

（3）受工作面超前压力影响，应力黄色预警区域为末采130 ～170m 范围，建议黄色预警区进行限员管理，所有卸压工程应在黄色预警前施工完毕；红色预警区域为末采0 ～130m 范围，进入红色预警区后采取禁员管理，不能进入回撤通道进行解危工程施工。

（4）应力峰值区集中在末采10 ～50m 范围内，如果留设双回撤通道建议主辅回撤通道之间煤柱不小于60m，就避免辅回撤通道处于超前应力峰值区域内。回撤通道应力初始升高范围末采200 ～240m 左右，回撤通道以及工作面胶运巷和回风巷采取预卸压措施提前250m 防冲工程做完。根据应力黄色预警区域为末采130 ～170m 范围，建议工作面两巷超前支护距离不少于170m。

（5）当应力达到提示预警，及时采取相应的预警处置措施，对预警点实施卸压钻孔或者煤层爆破钻孔施工，再进行钻屑校验，钻屑量低于预警指标，从而解除预警，

5 卸压防治措施效果分析

由于微震能量数据可明确能量事件的产生多由于2-2中煤上方厚硬中砂岩破裂导致。

对于30208 面末采100m 阶段，将该阶段工作面回风巷距主回撤通道0 ～100m 以及回风巷道正邦以里50m范围内的微震事件进行了统计。30208 工作面末采期间回风巷距主回撤通道0 ～100m 以及回风巷道正邦以里50m 范围内的微震事件垂向分布。

（1）矿震能量与频次主要分布在煤层及其顶板37.93m以下区域，极少部分的矿震分布在高位顶板40.03 ～60m区域，并且在煤层中的矿震呈现“高能低频”状态，在顶板中的矿震呈现“高频低能”状态。

（2）在非施工预裂爆破区域岩层中，微震事件占比达到了27.3%，随着岩层的增加矿震能量与频次逐渐降低，直到爆破区域岩层中基本不出现矿震活动，说明顶板预裂爆破使得低位岩层破断扰动降低，对于冲击地压的防治起到较好作用。

6 结语

（1）通过工作面末采期间微震分析得到，微震能量的走向分布主要集中在30208 工作面超前100m 及滞后方采空区50m 内。其中能量峰值区超前工作面0 ～40m，滞后工作面0 ～50m 范围，该区间为微震能量剧烈影响区，主要原因为煤层上覆顶板（O-X 型）破裂[5]造成超前和滞后工作面40 ～50m 位置顶板裂隙或者破断。

（2）从微震走向看，当工作面推进至距离主回撤通道120m 时，微震事件的集中区域由工作面前方实体煤区域逐渐发育到回撤通道巷道群区域，建议应加强对该区域的监测，末采130m 时，回撤通道采取禁员措施。末采微震能量峰值区域为距离胶运巷160 ～230m，建议末采期间加强该区域范围工作面顶板管理，末采回撤通道微震能量峰值区为临近回风巷100m 范围，建议加强该范围内支护。

（3）在工作面推采至回撤通道间距大于190m 时，支架工作阻力整体保持在30MPa 以下。当工作面推过至回撤通道间距小于190m 阶段时，工作阻力逐步上升并保持在30 ～48MPa 左右，一般情况末采煤层高位顶板在采空区后方破裂，受回撤通道影响，末采超前应力达到回撤通道顶板时，回撤通道顶板动载扰动开始破裂，造成回撤通道附近能量事件发生[6]。

（4）冲击地压采煤工作面采取走向长臂匀速推采[7]及采取相关顶板措施，促使采空区顶板及时有效垮落，这是避免发生冲击地压的关键。