沖擊地壓工作面巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)

蘇亞峰 黃世超

摘 要：通過對(duì)開采條件相當(dāng)復(fù)雜的某煤礦沖擊地壓原工作面設(shè)計(jì)方案進(jìn)行危險(xiǎn)沖擊分析后，得出原設(shè)計(jì)方案容易形成孤島煤柱的結(jié)論，且按照原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行掘進(jìn)工作，在穿越應(yīng)力集中區(qū)時(shí)會(huì)產(chǎn)生安全隱患。為了解決以上幾點(diǎn)問題，將采掘工作產(chǎn)生的沖擊危險(xiǎn)性降到最低，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)了大幅優(yōu)化，解決了原設(shè)計(jì)方案中對(duì)沖擊地壓地質(zhì)災(zāi)害考慮不足問題，并對(duì)沖擊地壓工作面前期準(zhǔn)備工作應(yīng)注意的相關(guān)技術(shù)措施進(jìn)行了分析，為相同條件下的以降低采掘期間沖擊危險(xiǎn)性及緩解采掘接續(xù)緊張為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，解決了原方案中不利于沖擊地壓災(zāi)害防治的問題，為相似工作面巷道條件的設(shè)計(jì)提供了一定參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓;工作面;設(shè)計(jì);優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.074

1 某煤礦工作面情況簡(jiǎn)介

某煤礦9號(hào)煤層2區(qū)段（為方便闡述本文稱之為2區(qū)段） 整體走向較緩微斜，賦存穩(wěn)健。有一條深度為4米呈東西走向的斷層在2區(qū)段內(nèi)部。2區(qū)段煤層傾斜角度為20度到25度之間，平均傾斜度為23度，煤層厚度在4.5米到8.1米之間，平均厚度為6.66米，煤層結(jié)構(gòu)均為半光亮型煤，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。煤層頂板結(jié)構(gòu)組成從下至上依次按照40米厚粗砂——10米細(xì)砂——0.9米粉砂均勻分布排列。其中9號(hào)煤層與上層8號(hào)煤層和下層11號(hào)煤層距離分別為70米和25米，其8號(hào)煤層和11號(hào)煤層均禁止開采。

2 9號(hào)煤層2區(qū)段原工作面巷道設(shè)計(jì)方案及沖擊危險(xiǎn)分析

（1）2區(qū)段在原設(shè)計(jì)方案種被劃分為ABC3個(gè)區(qū)域進(jìn)行回采，其中A 區(qū)代表北側(cè)工作面，B區(qū)代表中間工作面，C 區(qū)代表南側(cè)工作面。從原設(shè)計(jì)方案可知A 區(qū)工作面巷道走向?yàn)?50米，傾向?yàn)?57米，B區(qū)工作面巷道走向?yàn)?85米，傾向?yàn)?32米，C區(qū)工作面巷道走向?yàn)?36米，傾向?yàn)?98米。其中A 區(qū)開采方式采用放頂方式 ;B區(qū)開采方式采用上分層方式。原設(shè)計(jì)文件中對(duì)回采順序規(guī)定為： （1）沿底回采A 區(qū)工作面沿著底部回采，與此同時(shí)回采B區(qū)工作面上分層，當(dāng)B區(qū)工作面回采完畢后，繼續(xù)沿著底線向南側(cè)推行A區(qū)工作面，一直推行到禁采區(qū)停止，C區(qū)工作面巷道最后回采。（2）原設(shè)計(jì)方案存在的沖擊危險(xiǎn)性。通過相關(guān)理論可以發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)方案存在如下幾種沖擊危險(xiǎn)因素。1）在A 區(qū)工作面巷道回采接近尾聲時(shí)極其容易出現(xiàn)3側(cè)孤島。當(dāng)B區(qū)工作面巷道回采接近尾聲時(shí)，最后回采的A 區(qū)工作面巷道上區(qū)段將形成采空區(qū)，B區(qū)工作面巷道形成采空區(qū)以及正在回采的A 區(qū)工作面巷道采空區(qū)，形成3面采空區(qū)包圍的孤島煤柱。煤柱面積隨著工作面開采工作的不斷推進(jìn)變得越來越小，大量的理論和實(shí)踐證明，沖擊地壓在對(duì)孤島煤柱開采的過程中極易形成。從煤礦工作面地層構(gòu)成來看，較為厚且堅(jiān)硬的砂巖是2區(qū)段煤層頂板的主要成分，這使得處于邊緣的采空區(qū)受到了較大的內(nèi)部支撐，不容易脫落;由于采空區(qū)有較大面積的懸露空間，形成的煤柱將受到來自3側(cè)采空區(qū)支撐壓力疊加作用，使得煤柱受到的應(yīng)力大幅度集中，導(dǎo)致煤柱失穩(wěn)性沖擊地壓形成的概率較大。2）A 區(qū)工作面中向南側(cè)延長(zhǎng)部分即進(jìn)風(fēng)巷道在延長(zhǎng)過程中穿過了應(yīng)力集中區(qū)，B區(qū)工作面的上部回采后，北部工作面進(jìn)風(fēng)巷將沿底繼續(xù)向南延伸，由于北部工作面傾向?qū)挾容^大，下分層進(jìn)風(fēng)巷相對(duì)上分層工作面外錯(cuò)布置，外錯(cuò)平均距離達(dá)10米以上。外錯(cuò)平均距離的數(shù)值與該區(qū)域采空區(qū)側(cè)向受到的壓力情況關(guān)系密切。根據(jù)案例項(xiàng)目歷史研究數(shù)據(jù)，A區(qū)工作面延長(zhǎng)段的掘進(jìn)工作是在該段受到的應(yīng)力最大時(shí)進(jìn)行的，所以A區(qū)受到的沖擊危險(xiǎn)系數(shù)較大。3）采掘工作產(chǎn)生的擾動(dòng)與區(qū)域之間接續(xù)存在的關(guān)系。當(dāng)下分層的回采工作面巷道向南側(cè)延長(zhǎng)在B區(qū)回采工作之前進(jìn)行，上分層回采擾動(dòng)將增加下分層掘進(jìn)巷道的沖擊危險(xiǎn)性;當(dāng)下分層的回采工作面巷道向南側(cè)延長(zhǎng)在B區(qū)回采工作之后進(jìn)行，勢(shì)必導(dǎo)致工作面接續(xù)緊張。

3 9號(hào)煤層2區(qū)段工作面巷道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

改進(jìn)后的工作面巷道由原來的ABC三處工作面，變成一處工作面。上分層B區(qū)工作面巷道禁止回采工作提前進(jìn)行，取而代之的是將2區(qū)段A區(qū)域的切眼為切入點(diǎn)，利用放頂煤開采策略，從切眼逐漸向南側(cè)推進(jìn)工作面。C區(qū)工作面巷道與原設(shè)計(jì)方案工作面巷道由較大變動(dòng)，通過縮小回采寬度來代替原設(shè)計(jì)的單獨(dú)掘進(jìn)，縮小回采寬度以B區(qū)工作面巷道相匹配為宜。增加沖擊危險(xiǎn)因素的可能在2區(qū)段優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案中降到了最低，但優(yōu)化方案中降低沖擊危險(xiǎn)因素是需要巷道通風(fēng)和巷道接續(xù)工作滿足常規(guī)需求的前提下才能實(shí)現(xiàn)。由于工作面巷道切眼支架在設(shè)計(jì)方案未進(jìn)行優(yōu)化前正處于安裝階段，當(dāng)時(shí)當(dāng)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，已經(jīng)安裝完畢的工作面巷道支架應(yīng)該有序撤出。對(duì)B區(qū)工作面切眼進(jìn)行微振活動(dòng)監(jiān)控后，發(fā)現(xiàn)B區(qū)工作面切眼處于頻繁振動(dòng)中，這是主要是因?yàn)锳區(qū)工作面回采作業(yè)時(shí)引起的?；夭勺鳂I(yè)對(duì)切眼震蕩的影響隨著工作面不斷推進(jìn)而變得越來越嚴(yán)重，所以必須盡快有序撤離支架，降低沖擊危險(xiǎn)系數(shù)。切眼支架撤離與回采工作切忌同步進(jìn)行。為了確保工作面巷道始終連續(xù)不間斷推進(jìn)，且在確保安全情況下連續(xù)推進(jìn)，掘進(jìn)方案在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中提出了幾點(diǎn)要求。首先回風(fēng)巷道在回采初期采用雙向掘進(jìn)，所謂雙向掘進(jìn)是指A去工作面巷道直接向南側(cè)延長(zhǎng)而從石門向回風(fēng)巷掘進(jìn)是沿著北側(cè)，而且二者是齊頭并進(jìn)，同步進(jìn)行的。根據(jù)以往掘進(jìn)速度，在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案下形成二者之間貫通大概需要60天左右。之后為了保證整個(gè)巷道通風(fēng)良好，從石門向南側(cè)掘進(jìn)是單向進(jìn)行的。利用爆破工藝巷道代替原來的B去工作面回采巷道，可以有效將煤層中炮孔長(zhǎng)度降低，炮孔長(zhǎng)度降低后可以有效提高爆破，同時(shí)將爆破巷道與回采巷道工作之間的沖突降到最低。

4 結(jié)束語

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案通過將2區(qū)段進(jìn)行整體回采取代原設(shè)計(jì)方案的分區(qū)回采，有效的避免了原設(shè)計(jì)方案下形成孤島煤柱的可能，將原設(shè)計(jì)方案中無法解決的沖擊危險(xiǎn)性減到了最低。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒磊.深部構(gòu)造區(qū)掘進(jìn)工作面沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2018（14）：136-138.