工作面断层附近冲击危险性评价及解危技术分析

    宋洪亮 张宝国 孟现明

    摘 要：以某煤矿3303工作面为研究对象，对工作面断层存在的冲击危险进行等级评价，断层危险等级评价利用综合指数法来完成。钻孔泄压过程利用软件FLAC模拟来实现，在模拟的基础上对钻孔泄压的效果进行了分析。分析后得出，冲击地压解危采用大直径钻孔泄压技术是非常正确的选择，效果显著。

    关键词：工作面断层；冲击地压；解压；钻孔泄压

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.085

    0 引言

    某煤矿3303工作面的顺槽内存有较大断层，工作面的支撑压力在回采接近断层时会受到很大影响，顶板运动在回采接近断层时也会受到较大影响，如果对二者不采取有效的预防措施，工作面的支撑压力会局部集中，有可能导致冲击地压的发生；顶板的运动也会越来越强烈，有可能导致冲击地压的发生。在了解该煤矿3303工作面基本概况基础上，工作面的冲击地压危险等级通过综合指数法来进行评价，冲击地压的解危利用大口径钻孔泄压来完成。

    1 3303工作面简介

    3303工作面有880米长的平均走向，166米长、平均33度倾斜角的倾斜走向，上限标高为-749米，下限标高为-839米，开采方向由东向西推进。煤层厚度稳定，煤层平均倾斜角度32度，11MPa-26MPa的单向抗压强度。基本顶总厚度为78米，第一层为22米，第二层为56米，第一层地质成分以中细、中粗砂岩为主，第二层地质成分以中细砂岩为主。

    2 冲击危险综合指数法定量评价

    2.1 地质因素、指数

    冲击地压危险状态的指数可以通过下面公式来确定。

    Wt1=

    冲击地压危险状态指数由公式中的Wt1来表示；地质因素中的最大指数数值用Wimax来表示；工作面周围地质因素的现实指数用Wi来表示。依据相关经验和该工作面实际情况确定断层危险状态的影响因素主要有工作面断层落差、工作面所处的位置、工作面与断层之间的距离、工作面断层的倾斜角度、是否发生过冲击地压事件、开采深度、顶板硬厚岩层与煤层之间的距离、煤的冲击能量指数等。通过公式1可以确定各个断层危险状态的影响因素所对应的危险冲击地压指数。各危险状态具体冲击地压指数情况如下：工作面断层落差小于3米情况下冲击地压危险指数为1，工作面断层落差大于3米小于10米情况下的冲击地压危险指数为2，工作面断层落差大于10米情况下冲击地压危险指数为3。工作面所处的位置在断层上盘时冲击地压危险指数为2，工作面所处的位置在断层下盘时冲击地压危险指数为1。工作面与断层之间的距离大于60米时冲击地压危险指数为1，工作面与断层之间的距离小于60米大于30米时冲击地压危险指数为2，工作面与断层之间的距离小于30米时冲击地压危险指数为2。工作面断层的倾斜角度小于30度时冲击地压危险指数为3，工作面断层的倾斜角度大于30度小于60度时冲击地压危险指数为2，工作面断层的倾斜角度大于60度时冲击地压危险指数为1。煤层从来没有发生过冲击地压事件时的冲击地压危险指数为-2，煤层发生过冲击地压事件时的冲击地压危险指数为0，煤层曾经多次发生过冲击地压事件时的冲击地压危险指数为3。开采深度小于500米时的冲击地壓危险指数为0，开采深度大于500米小于700米时的冲击地压危险指数为1，开采深度大于700米时的冲击地压危险指数为2。顶板硬厚岩层与煤层之间的距离大于100米时的冲击地压危险指数为0，顶板硬厚岩层与煤层之间的距离大于50米小于100米时的冲击地压危险指数为1，顶板硬厚岩层与煤层之间的距离小于50米时的冲击地压危险指数为2。煤的冲击能量指数用WET来表示，WET小于2时，冲击地压危险指数为0，WET大于5时，冲击地压危险指数为4，WET小于5且大于2时，冲击地压危险指数为2。

    2.2 开采技术因素及指数

    冲击地压受开采技术条件影响的危险状态的因素主要有工作面与暂未开采区域停采线之间的垂直距离，煤层在从未卸压采全高状态下的厚度，两侧采空状态下工作面斜面长度；掘进方向沿着采空区巷道；靠近采空区的直线距离；靠近煤柱的直线距离；对采空区的处理措施。通过计算公式可以确定冲击地压受开采技术条件影响的危险状态的指数。工作面与暂未开采区域停采线之间的垂直距离小于30米时的冲击地压危险指数为3，工作面与暂未开采区域停采线之间的垂直距离小于30米大于60时的冲击地压危险指数为2，工作面与暂未开采区域停采线之间的垂直距离大于60米时的冲击地压危险指数为0。煤层在从未卸压采全高状态下的厚度小于3米时的冲击地压危险指数为0，煤层在从未卸压采全高状态下的厚度小于4米大于3米时的冲击地压危险指数为1，煤层在从未卸压采全高状态下的厚度大于4米时的冲击地压危险指数为3。两侧采空状态下工作面斜面长度大于300米时冲击地压危险指数为0，两侧采空状态下工作面斜面长度小于300米大于150米时冲击地压危险指数为2，两侧采空状态下工作面斜面长度小于150米时冲击地压危险指数为4。靠近煤柱的直线距离小于50米掘进工作面冲击地压危险指数为1，靠近煤柱的直线距离小于50米采煤工作面冲击地压危险指数为3。对采空区的处理措施采用充填法的冲击地压指数为2，对采空区的处理措施采用垮落法的冲击地压指数为0。

    3 工作面卸压解危技术分析

    选用 FLAC3D 数值软件，分析工作面泄压在不同钻孔直径和钻孔深度情况下的泄压效果。最终得出结论如下；钻孔直径越大，泄压效果越好，泄压后出现应力集中区域的概率很低，冲击地压再次出现危险的概率很低。当间距为1米时，泄压效果最好，当随着间距增大，压降区域连续性逐步消失，泄压效果开始变差。

    4 结束语

    通过综合定量评价模型确定3303工作面危险等级，然后利用数值模拟钻孔直径和间距对泄压的影响效果，为同类工程采取钻孔泄压措施提供了一定帮助。

    参考文献：

    [1]陈学华，吕鹏飞，宋卫华等.综放开采过断层冲击地压危险分析及防治技术[J].中国安全科学学报，2016（05）：81-87.