煤礦孤島工作面沖擊地壓影響因素分析

張敬宇

（龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司振興煤礦，黑龍江 鶴崗154100）

在我國煤礦采煤生產(chǎn)中，影響煤礦孤島工作面沖擊地壓因素性質(zhì)是各不相同的，主要有諸如地質(zhì)因素、開采技術(shù)因素和組織管理因素等因素。

1 影響孤島工作面沖擊地壓的地質(zhì)因素分析

1.1 煤礦開采的深度因素分析

礦山壓力隨著煤礦開采深度增加而增加，所形成的孤島工作面煤體上的應(yīng)力集中程度也隨之增加，而應(yīng)力越高，煤體變形和積蓄的彈性能也就越大，孤島工作面煤體的沖擊危險(xiǎn)性也就越大。

1.2 煤礦煤層厚度的因素及其變化分析

根據(jù)煤礦采煤工程的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，孤島工作面沖擊危險(xiǎn)程度與煤層厚度及變化是密不可分的。就是煤層越厚，沖擊地壓也就越頻繁、強(qiáng)烈。煤層厚度變化區(qū)域，作用其區(qū)域內(nèi)的疊加應(yīng)力也會產(chǎn)生集中，因此，這一區(qū)域也就容易產(chǎn)生沖擊地壓。

1.3 煤礦巷道圍巖性質(zhì)的因素分析

圍巖性質(zhì)一般指頂板的巖性、厚度及圍巖在煤層開采后的冒落性，圍巖性質(zhì)也是影響孤島工作面沖擊地壓的十分重要的因素，尤其是基本頂和底板為厚層堅(jiān)硬巖層時更具沖擊地壓發(fā)生的危險(xiǎn)性。厚層堅(jiān)硬頂板的懸露下沉，首先表現(xiàn)為承載煤層的緩慢加壓或壓縮，持續(xù)一段時間后厚層堅(jiān)硬頂板突然下沉，造成承載煤層上壓力急劇上升，倘若厚層堅(jiān)硬頂板懸露面積較大，其本身的變形能，以及折斷時形成的附加載荷一并傳遞到支承點(diǎn)煤層上，而底板一般硬度較大，不足以吸收煤層傳遞過來的裁荷，因此，支承點(diǎn)煤層會瞬間被壓裂，同時釋放積聚的變形能而出現(xiàn)強(qiáng)烈震動造成沖擊地壓的發(fā)生。

1.4 煤礦地質(zhì)構(gòu)造因素分析

在煤礦地質(zhì)中經(jīng)常有斷層、褶曲等構(gòu)造，以及局部異常帶（如煤層分岔、變薄和變厚等），在煤礦地質(zhì)構(gòu)造帶和局部異常帶中經(jīng)常存在地殼運(yùn)動的殘余應(yīng)力，煤礦孤島工作面如鄰近這些區(qū)域，它本身的高應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加后可能達(dá)到?jīng)_擊地壓發(fā)生的應(yīng)力水平而出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象發(fā)生。

1.5 煤礦孤島工作面的覆巖巖層結(jié)構(gòu)因素分析

煤礦孤島工作面覆巖巖層結(jié)構(gòu)也是影響沖擊地壓發(fā)生的十分重要的因素之一，尤其是煤層上方存在堅(jiān)硬、厚度較大的砂巖層時，堅(jiān)硬厚砂巖作為主關(guān)鍵層容易積聚大量的彈性能，在堅(jiān)硬厚砂巖破斷或滑移過程中，大量的彈性能突然釋放，同時，其上載荷層隨之一起運(yùn)動，造成下方孤島工作面煤體應(yīng)力迅速上升到?jīng)_擊地壓發(fā)生的應(yīng)力水平而出現(xiàn)沖擊地壓現(xiàn)象。對于一般的煤礦工作面，影響工作面沖擊地壓發(fā)生的巖層主要為上方100 m 內(nèi)的巖層，其中巖體強(qiáng)度大、厚度大的砂巖層起主要作用；但對于煤礦孤島工作面，上方100m 以外的堅(jiān)硬厚砂巖也可能對煤礦孤島工作面煤體沖擊危險(xiǎn)性產(chǎn)生影響，這是由于煤礦孤島工作面煤體本身應(yīng)力集中基數(shù)較大。

2 影響煤礦孤島工作面沖擊地壓發(fā)生的開采技術(shù)因素分析

煤礦的采煤方法、采掘順序、孤島工作面寬度大小及頂板控制方式等開采技術(shù)因素對孤島工作面沖擊地壓同樣有著重要影響。

2.1 煤礦采煤方法因素分析

煤礦不同采煤方法的巷道布置和頂板控制方式各有不同，所出現(xiàn)的礦山壓力和分布規(guī)律也就各自不同，按照采出工作面寬度大小把采煤法分為短壁采煤法和長壁采煤法，短壁采煤法又可細(xì)化為房柱式、刀柱式、短壁水采等。煤礦采用短壁采煤方法、由于煤礦采掘巷道多，巷道交叉多，遺留煤柱（可看作小孤島）也多，造成支承壓力多重疊加，容易出現(xiàn)沖擊地壓。而采用長壁采煤法就能夠極大減少采掘巷道、巷道交叉和遺留煤柱數(shù)量，這在一定程度上就避免了支承壓力多重疊加，從而控制了潛在沖擊點(diǎn)，大量的煤礦采煤生產(chǎn)實(shí)踐表明，長壁工作面采煤法是沖擊地壓煤層最為科學(xué)、合理、有利、有效的采煤方法。

2.2 煤礦采掘順序因素分析

煤礦采用長壁采煤法必須注意采用順序開采方式，并且在煤礦開采過程中盡可能地使工作面成直線，不留煤層向采空區(qū)突出地段，以減少孤島工作面形成。在生產(chǎn)礦井中，形成孤島工作面的主要方式有以下三種：第一，工作面向采空區(qū)推進(jìn)而形成孤島；第二，兩個工作面相向推進(jìn)而形成的孤島；第三，近距離兩個煤層中的兩個工作面同時開采所形成的空間孤島。

2.3 煤礦孤島工作面寬度大小的因素分析

一般煤礦孤島工作面都存在應(yīng)力集中，并且應(yīng)力集中程度越大，孤島工作面出現(xiàn)沖擊地壓的可能性也就越大。大量的煤礦采煤生產(chǎn)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室研究表明，在覆巖結(jié)構(gòu)一定的條件下，孤島工作面寬度越小，孤島工作面兩側(cè)采空區(qū)外側(cè)支承壓力疊加程度則越大，孤島工作面出現(xiàn)沖擊地壓的可能性也就越高，在孤島工作面寬度小于臨界寬度時，在高垂直應(yīng)力作用下孤島工作面煤體出現(xiàn)突然失穩(wěn)，從而誘發(fā)沖擊地壓的發(fā)生。

在開采沖擊地壓煤層時，煤礦孤島工作面留設(shè)寬度必須遵循以下幾項(xiàng)原則：

（1）在進(jìn)行煤礦開采設(shè)計(jì)時，盡可能選擇不形成孤島工作面的設(shè)計(jì)方法和原則。

（2）如果煤礦開采煤層地質(zhì)條件復(fù)雜或開采技術(shù)等原因一定要留設(shè)孤島工作面時，留設(shè)的孤島工作面形狀必須規(guī)則，不可留有銳角，工作面寬度不能多變，且孤島工作面的位置、尺寸及范圍必須精確標(biāo)注在煤礦采掘工程圖上。另外，必須按覆巖結(jié)構(gòu)、周圍地質(zhì)構(gòu)造和開采擾動情況，采用理論分析、數(shù)值計(jì)算、工程類比等方法確定合理的孤島工作面寬度，以防止其應(yīng)力集中程度達(dá)到出現(xiàn)沖擊地壓的應(yīng)力水平。

2.4 煤礦頂板控制的因素分析

煤礦頂板控制方式對孤島工作面沖擊地壓的影響較為顯著，因?yàn)轫敯鍘r層的懸、斷、垮、冒，直接關(guān)系到孤島工作面頂板巖層中彈性能的釋放形式和向工作面前方煤層傳遞應(yīng)力和彈性能的能力，甚至關(guān)系到煤體是否會受采動影響而加劇沖擊地壓的發(fā)生。煤礦孤島工作面采用“長壁開采一垮落頂板法”控制頂板，經(jīng)驗(yàn)證明是一種最好的避免頂板懸露巖層向工作面前方煤層傳遞應(yīng)力和彈性能的科學(xué)方法之一。

3 煤礦生產(chǎn)組織管理因素分析

為了有效杜絕或減少煤礦孤島工作面沖擊地壓災(zāi)害的發(fā)生，對孤島工作面沖擊地壓加強(qiáng)管理也非常重要。煤礦對于孤島工作面必須建立完善的防范沖擊地壓的管理體系和防沖擊地壓的責(zé)任體系，做到管理科學(xué)、管理到位、責(zé)任明確、措施有效。煤礦每個職能部門都必須落實(shí)好孤島工作面防沖擊地壓所必須的人力、材料和設(shè)備，保證監(jiān)測、卸壓等裝備齊全、可靠，以保障煤礦孤島工作面的防沖擊地壓工作科學(xué)、高效、安全、持續(xù)開展。對煤礦全體職工進(jìn)行孤島工作面防沖擊地壓知識專業(yè)技能的培訓(xùn)，以提高煤礦職工對孤島工作面沖擊地壓災(zāi)害的認(rèn)識和防范。按照煤礦具體實(shí)際情況制定科學(xué)有效的孤島工作面沖擊地壓預(yù)防和治理的對策措施和方法，并把對策、措施落實(shí)到位，做到煤礦全體職工共同參與，保障孤島工作面在開采時安全高效生產(chǎn)工作，建設(shè)安全、高效礦井。