兗礦新疆礦業(yè)有限公司硫磺溝煤礦綜采工作面超前采動應(yīng)力范圍分析

摘要：以硫磺溝煤礦（9-15）08回采工作面為背景，通過數(shù)值模擬及各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析不同推進(jìn)距離下巷道及煤壁超前應(yīng)力分布范圍，確定巷道超前支護(hù)距離，合理確定工作面停采線位置。

關(guān)鍵詞：煤礦;范圍

（9-15）08工作面于2020年7月6日開始回采，截至目前工作面已平均回采約360m，為掌握工作面回采期間超前采動影響影響范圍，為工作面安全生產(chǎn)提供依據(jù)，根據(jù)工作面回采至今微震等監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析如下：

一、工作面概況

（9-15）08工作面為硫磺溝煤礦（4-5）06工作面的接續(xù)工作面，位于礦井西翼，布置在9-15煤層中。（9-15）08工作面部分位于（4-5）02采空區(qū)、（4-5）04采空區(qū)和（9-15）06采空區(qū)下方。工作面走向長度1713.2m，其中里段長度835.5m，傾斜長度130m，外段長度877.7m，傾斜長度165m。

二、超前采動應(yīng)力監(jiān)測方法

綜合利用ARAMIS M/E微震監(jiān)測系統(tǒng)、KJ615型沖擊地壓無線監(jiān)測系統(tǒng)、鉆屑監(jiān)測法對工作面以及超前應(yīng)力分布情況進(jìn)行分析。其中微震測站布置不少于4個，測站間距250-300m;應(yīng)力測站超前工作面200m布置，測站間距25±5m;鉆屑點(diǎn)每3天在順槽可采側(cè)施工一次，超前工作面60m布置，距離工作面分別為20m、40m、60m。

三、超前采動應(yīng)力分析

1.微震監(jiān)測分析

微震數(shù)據(jù)選取為2020年10月25日至2020年11月20日區(qū)段監(jiān)測數(shù)據(jù)（工作面過“一次見方”后），期間累計(jì)監(jiān)測微震事件1369次，將期間發(fā)生微震事件“固定”投影到一個基準(zhǔn)點(diǎn)，即微震事件均以10月25日當(dāng)天工作面位置為基準(zhǔn)點(diǎn)作為對比。

工作面回采期間絕大多數(shù)以1.0E+03J及以下能量事件分布，主要集中在超前工作面114m、采空區(qū)后方29m區(qū)域，煤壁至超前33m區(qū)域?yàn)槲⒄鹗录l發(fā)區(qū)，即超前應(yīng)力集中區(qū)約為10-33m，超前采動影響范圍約為114m，采空區(qū)滯后影響范圍為約0-30m區(qū)域。

2.超前應(yīng)力分析

選取軌道順槽9、10、11、12#測站應(yīng)力曲線數(shù)據(jù)，應(yīng)力曲線呈現(xiàn)緩慢上升或應(yīng)力松弛狀態(tài)，施工瓦斯與沖擊地壓災(zāi)害協(xié)同治理鉆孔后對巷道圍巖起到了較好的卸壓保護(hù)作用，超前應(yīng)力未監(jiān)測到應(yīng)力急劇上升或明顯的應(yīng)力集中區(qū)域。

3.鉆屑監(jiān)測分析

每3天對工作面超前60m范圍內(nèi)可采側(cè)鉆屑監(jiān)測1次，鉆屑監(jiān)測最大煤粉量2.3kg，鉆屑監(jiān)測數(shù)據(jù)相對較為平穩(wěn)，未監(jiān)測到明顯的超前采動應(yīng)力集中區(qū)域。

4.巷道圍巖變形量分析

工作面自切眼向停采線方向每間隔100m布置一個“十字”測站，每周對測站頂、底板及兩幫圍巖變形量觀測數(shù)據(jù)1次，工作面軌道順槽、皮帶順槽巷道圍巖變形受超前采動應(yīng)力影響較小。

5.結(jié)論

超前應(yīng)力集中區(qū)約為10-33m，超前采動影響范圍約為114m，采空區(qū)滯后影響范圍為約0-30m區(qū)域。

四、基于超前采動應(yīng)力影響范圍的大巷保護(hù)煤柱分析

1.基于上覆煤柱應(yīng)力傳遞的停采線位置合理性分析

工作面設(shè)計(jì)停采線位置位于1713.2m，設(shè)計(jì)位于（4-5）02工作面、（4-5）04工作面采空區(qū)下方，內(nèi)錯上覆煤層停采線煤柱布置，距離（4-5）04工作面停采線20m。

依據(jù)應(yīng)力傳遞規(guī)律，應(yīng)力傳遞角θ與上覆堅(jiān)硬巖層斷裂尺寸和煤巖體結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，為了保證下層煤開采邊界避開上煤層支承應(yīng)力的影響，下煤層停采位置距上煤層停采線距離l1為：

l1 ≥dtanθ

式中：d為上下煤層間距（中間層厚度），m;θ為上煤層開采邊間應(yīng)力傳遞角，（°），通常取45°。

依據(jù)27-2、26-1鉆孔柱狀圖，工作面設(shè)計(jì)停采線位置4-5煤層與9-15煤層中間層d=15.8m，即：

l1 ≥dtanθ=15.8×tan45°=15.8m

工作面實(shí)際設(shè)計(jì)停采線距離上覆煤層停采線為20m>15.8m，基于上覆煤層開采停采線煤柱形成的應(yīng)力傳遞角（巖層移動線與開采煤層間夾角）計(jì)算，停采線位置設(shè)計(jì)較為合理。

2.基于對大巷保護(hù)的煤柱尺寸分析

由超前采動應(yīng)力分析結(jié)論可知，（9-15）08工作面正常開采期間，超前采動應(yīng)力距離工作面114m。（9-15）06工作面開采停采線距離大巷最小間距為152m，該工作面開采條件類似（9-15）08工作面，上覆（4-5）02工作面已開采，為重復(fù)采動工作面。（4-5）02工作面開采期間采空區(qū)面積較小，對周圍巷道擾動也較小，停采時停采線距離大巷為112m，工作面回采以及停采階段對周圍大巷未發(fā)現(xiàn)擾動影響，大巷無圍巖變形現(xiàn)象。（9-15）06工作面末采階段對周圍大巷擾動分析，末采期間對副斜井段、原（4-5）02皮帶順槽皮帶機(jī)頭段巷道圍巖變形，主要變現(xiàn)為底鼓，副斜井段最大底鼓量約200mm，工作面于2018年10月31日停采，停采線距離副斜井約152m，停采結(jié)束后圍巖變形也逐漸趨于穩(wěn)定，至目前未發(fā)現(xiàn)圍巖變形現(xiàn)象，煤柱應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài)，因此復(fù)合采空區(qū)重復(fù)開采后距離大巷保護(hù)煤柱應(yīng)不得少于150m，避免對大巷產(chǎn)生持續(xù)擾動，保證大巷的長久穩(wěn)定性。

（9-15）08工作面設(shè)計(jì)停采線位置距離副斜井約182m，基于（9-15）06工作面回采經(jīng)驗(yàn)，大巷保護(hù)煤柱尺寸留設(shè)較為合理，考慮到（9-15）08工作面開采煤層厚度較大，導(dǎo)致工作面開采擾動范圍也較大，因此（9-15）08工作面開采過程中，應(yīng)綜合應(yīng)力監(jiān)測及微震監(jiān)測結(jié)果分析工作面采動影響范圍，最終確定合理的工作面停采線位置。

作者簡介：崔志瀛（1988.08.16），男，漢，山東濱州，大專，助理工程師，技術(shù)員，研究方向：煤礦沖擊地壓。