综放工作面冲击地压的监测预报技术研究

    孔祥太 宋洪亮 张宝国

    摘 要：冲击地压预测的精准度可以利用微震监测技术手段、钻屑量监测手段、围岩变形监测技术措施等来有效提高。经过研究可知，微震事件发生的轨迹大致是沿着断层分布，工作面的来压周期与微震周期基本一致，其中较大能量的微震周期发生在“见方”这个时间节点上；钻屑量钻孔深度增加大一定量后，煤粉量的增加呈线性变化；围岩变形受到工作面回采速度较慢的因素影响，其变形比较充分；受围岩变形较大的影响，这时的顶板维护比较困难。

    关键词：冲击地压；工作面；监测技术

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.077

    冲击地压指煤矿综采工作面四周煤矿岩体在变形能量释放时出现以急剧和突然为特征的动力现象，冲击地压大范畴属于矿山压力，是矿山压力的一个特例。冲击地压随着煤矿开采工作的不断推进也变得越来越严重，基于此，对冲击地压的预防工作是非常重要的，预防工作离不开事先周密的监测计划。不确定性和多种破坏形式是冲击地压使得冲击地压的监测工作变得相当复杂。为了能较为准确的对冲击地压进行预测，单独靠一种预测手段是行不通的，在预测前要做好煤层地质调查，在地质调查的基础上采用多种监测方法综合预测冲击地压。

    1 工作面基本情况简述

    某工作面采煤层主要成分为亮煤，夹杂半亮型镜煤条带，煤层平均倾斜角度为6度。煤层结构十分复杂，厚度为3厘米的炭质细砂岩夹矸存在于距离顶板2.8米处；平局厚度为8厘米的炭质泥岩夹矸存在于距离底板3.2米处；该工作面煤层的平均厚度为8.5米，普氏硬度系数f数值为2.3，在工作面两侧顺槽中间有多条断层。

    2 冲击危险性区域的划分

    通过对该工作面冲击地压发生的地质因素和开采因素以及两种因素的综合指数分析，该工作面存在发生冲击地压的可能性，其危险等级评定为中级。冲击地压发生的可能性伴随着整个工作面的开采过程。特别是在回采前的重点区域和回采后的重点区域要进行监测预防。工作面冲击地压一般划分为严重危险、中等危险以及一般危险三个危险区域等级，其划分依据是模型数值模拟结果和工作面采煤现场实际情况等多种情形的相互有效叠加以及冲击地压本身的危险程度。

    3 工作面冲击地压危险监测技术

    3.1 微震监测技术

    该工作面回采的起止时间是从6月2日到10月5日，工作面的轨顺总计向前推进了380米，工作面运顺总计向前推进了330米。通过微震监测系统SOS 分析可知，在该工作面123天的回采期间，微震的有效次数有360次之多，平均每天发生2.9次微震。从微震的能量大小和微震发生的频率来看，低能量的微震事件大概占了工作面回采期间有效微震次数的百分之九十左右。微震随着回采作业的进行而不断前移。该工作面的微震源位置有如下特点：

    （1） 接近回采工作面断层处是微震事件主要发生点，且微震事件发生的轨迹大致是沿着断层分布。这表明，工作面围岩的断裂破坏是由于工作面回采和工作面构造双层应力作用下导致的。

    （2）工作面采煤区和采空区是微震事件主要发成处，工作面采煤区和采空区相比较，工作面实体采煤区微震事件要多余采空区。这主要是由于导致微震事件的能量释放来源不同，煤岩体蠕性变形和煤岩体断裂是工作面采煤区主要能量释放来源；煤岩体蠕性变形是采空区能量释放的主要来源，有些许煤岩体断裂现象，但是极少数情况。对工作面每天的震动能量、震动次数以及回采速度进行统计如下：该工作面第一次出现较为强烈的震动是出现在7月3日，而这个时候工作面回采进度总计为54米，这个统计结果与工作面第一来压时间基本吻合，所以工作面每天微震事件产生的总能量存在一定的周期性。随着时间的推移。工作面回采进度不断向前推进。到了8月5日这天，工作面出现了从6月2日回采开始至今的最强烈震动，这个时候工作面回采进度总计为173米，而该工作面总长度为175米。这说明，在距离工作面采煤顶板18米左右的中粒砂岩层在首次回采“见方”时发生了强烈的微震。这次强烈震动发生的主要原因是围岩顶层大面积断裂造成的，由此也可以判断出工作面的来压周期与微震周期基本一致，其中较大能量的微震周期发生在“见方”这个时间节点上。与断层距离较近的地方，由于受到煤岩体断裂产生的能量释放影响较大，所以围岩破碎程度比较严重。

    3.2 钻屑法监测

    钻屑法监测适宜用于电磁环境比较复杂的矿井。其监测工作面地压的原理是通过判断煤层钻孔排除的煤粉总量以及煤粉的变化规律，一般钻孔直径为5公分。钻屑量分析的指标主要包括采用应力、煤体性质以及突出环境等，都是比较实际的指标。通过对该工作面地质情况鉴定后，获悉该工作面具有发生冲击地压的可能性，需要对主要区域实行监测措施，这里采用钻屑法进行监测。监测区域覆盖从工作面到工作面前方65米的范围内，钻孔距离底板1.5米左右，钻孔深度为10米，孔间距为15米，孔直接为5公分，其中孔间距局部调整。根据监测结果统计了轨顺每天最大钻屑量和平均钻屑量，运顺每天最大钻屑量和平均钻屑量。从统计结果中可以看出，该工作面发生冲击地压的最小理论值要大于轨顺和运顺煤粉钻屑量指标。轨顺一侧的每天最大钻屑量和每天平均钻屑量要小于运顺一侧，这主要是轨顺的掘進轨迹是沿空的，受到采空区围岩破碎变形较为严重的情况影响，弹性势能比较小。与工作面的面口距离在30米左右的地方出现了运顺煤粉钻屑量的最大值，随着工作面推进到断层时，轨顺煤粉钻屑量最大值出现的位置要大于运顺煤粉钻屑量最大值出现的位置至少40多米，这是由于围岩应力峰值受到断层构造力影响向煤炭体内转移。

    4 结束语

    本文利用微震监测技术手段、钻屑量监测手段对工作面进行综合监测，确保准确及时的对工作面冲击地压进行预测。对类似条件下的矿井工作面冲击力地压预测具有一定的参考意义。

    参考文献：

    [1]刘栋梁.综放工作面空间孤岛煤柱冲击地压综合防治技术[J].煤炭技术，2018（03）：98-101.