楊光宇，溫經(jīng)林，李 琳，王 博，李乃錄，張 建

(1. 天地科技股份有限公司 開(kāi)采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013; 2. 中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012;3. 彬縣水簾洞煤炭有限責(zé)任公司，陜西 彬縣 713500； 4. 北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；5.山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 生產(chǎn)技術(shù)部，山東 新泰 271233)

0 引言

隨著煤礦開(kāi)采深度和強(qiáng)度的增加，沖擊地壓災(zāi)害對(duì)煤礦安全的威脅與日俱增[1-2]，我國(guó)學(xué)者在沖擊地壓礦井的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了大量研究，取得了一定成果。竇林名和何學(xué)秋[3]通過(guò)確定采礦地質(zhì)因素影響沖擊地壓發(fā)生的權(quán)重，提出了沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的綜合指數(shù)法；于正興等[4]以采動(dòng)應(yīng)力和煤層沖擊傾向性為主要指標(biāo)，對(duì)沖擊地壓的發(fā)生進(jìn)行評(píng)級(jí)；姜福興等[5]提出了沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的應(yīng)力增量疊加法，通過(guò)建立坐標(biāo)系使得評(píng)價(jià)結(jié)果更趨于量化；竇林名等[6]提出了沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的相對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)疊加法，對(duì)開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計(jì)算不同網(wǎng)格內(nèi)的總相對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)，將沖擊危險(xiǎn)劃分為不同等級(jí)；齊慶新等[7]提出以應(yīng)力控制為中心，采用相似模擬和數(shù)值模擬分析應(yīng)力狀態(tài)，從而指導(dǎo)沖擊防治工作;潘俊峰等[8]提出了沖擊危險(xiǎn)性分源權(quán)重綜合評(píng)價(jià)法，基于沖擊地壓分源監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的理論進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前，綜合指數(shù)法和可能性指數(shù)法主要從宏觀角度進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，難以實(shí)現(xiàn)量化；沖擊危險(xiǎn)性應(yīng)力增量疊加和應(yīng)力集中系數(shù)疊加評(píng)價(jià)方法更趨于量化，但未考慮煤體的固有屬性；相似材料或數(shù)值模擬的評(píng)價(jià)方法，普適性不強(qiáng)。因此，對(duì)于沖擊地壓礦井如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其沖擊危險(xiǎn)性還需進(jìn)一步深入研究。

本文以特厚煤層巷道為研究對(duì)象，通過(guò)分析巷道能量存儲(chǔ)、開(kāi)采應(yīng)力分布以及圍巖強(qiáng)度特征，揭示了特厚煤層巷道與薄及中厚煤層相比具有沖擊傾向性高、應(yīng)力影響范圍廣及圍巖抗壓強(qiáng)度低的沖擊特征，探索并提出了特厚煤層巷道沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的多元指數(shù)法，將該方法應(yīng)用于陜西某礦特厚煤層掘進(jìn)過(guò)程中的沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)得出的沖擊危險(xiǎn)區(qū)域采取合理的卸壓措施，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全開(kāi)采。

1 特厚煤層巷道沖擊特征研究

1.1 特厚煤層巷道能量?jī)?chǔ)存特征

在相同應(yīng)力條件下不同煤層厚度巷道開(kāi)挖其影響范圍不同，一般而言特厚煤層巷道影響范圍R大于薄及中厚煤層巷道影響范圍r；且特厚煤層巷道影響區(qū)域內(nèi)多為煤體；薄及中厚煤層巷道影響區(qū)域內(nèi)為煤、巖體，如圖1所示。

圖1 不同煤層厚度開(kāi)采巷道影響范圍示意Fig.1 Schematic diagram on influence range of mining roadway in coal seams with different thicknesses

以巷道在應(yīng)力σx下開(kāi)采為例，分別計(jì)算不同煤層厚度下巷道影響區(qū)域內(nèi)的能量?jī)?chǔ)存特征。特厚煤層巷道影響區(qū)域儲(chǔ)存能量可用式(1)表示；薄及中厚煤層巷道影響區(qū)域儲(chǔ)存能量可用式(2)表示：

E1=(SR-SH)×WM

(1)

E2=(Sr-SH-SY)×WM+SY×WY

(2)

式中：E1為特厚煤層巷道影響區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)存能量，J；E2為薄及中厚煤層巷道影響區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)存能量，J；SR為特厚煤層巷道影響區(qū)域圍巖面積，m2；Sr為薄及中厚煤層巷道影響區(qū)域圍巖面積，m2；SH為巷道斷面面積，m2；SY為巷道影響區(qū)域內(nèi)的巖體面積，m2；WM為巷道影響范圍內(nèi)煤體能量密度，J/m3；WY為巷道影響范圍內(nèi)巖體能量密度，J/m3。

煤、巖體全應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示，在應(yīng)力σx下巖體能量密度可用SOAB表示；煤體能量密度可用SOCD表示。通常情況下SOCD>SOAB，即煤體能量密度WM>巖體能量密度WY。

圖2 巖石和煤體試件全應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意Fig.2 Schematic diagram on full stress-strain curves of rock and coal samples

綜上，在應(yīng)力σx開(kāi)采條件下式(1)，(2)中各指標(biāo)關(guān)系見(jiàn)式(3)所示：

(3)

根據(jù)式(3)結(jié)合圖1～2所示可知，在巷道開(kāi)采應(yīng)力相同條件下，特厚煤層巷道影響范圍內(nèi)圍巖積聚的能量更多，巷道積聚的能量與其沖擊危險(xiǎn)性成正比，故特厚煤層巷道具有更高的沖擊危險(xiǎn)性。

1.2 特厚煤層開(kāi)采應(yīng)力分布特征

1)煤層厚度影響工作面超前支承壓力分析

研究在相同應(yīng)力條件下，不同厚度煤層開(kāi)采其超前支承壓力影響范圍。

①工作面超前塑性區(qū)內(nèi)支承壓力計(jì)算[9-10]

根據(jù)彈塑性理論，在工作面前方極限平衡區(qū)內(nèi)，塑性區(qū)的支承壓力計(jì)算公式σ1見(jiàn)式(4)：

(4)

式中：f為層間的摩擦系數(shù)；φ為煤體內(nèi)摩擦角，(°)；X為塑性區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)到煤壁的距離，m；M為煤層厚度，m；τ0cotφ為煤體自撐力。

令σ1=KγH，則支承壓力峰值點(diǎn)距離煤壁的距離x1見(jiàn)式(5)所示，在同一開(kāi)采條件下式(5)中x1隨煤層厚度M增大而增大。

(5)

式中：K為應(yīng)力集中系數(shù)；H為采深，m；γ為巖層體積力，kN/m3。

②工作面超前彈性區(qū)支承壓力計(jì)算

根據(jù)彈性區(qū)內(nèi)支承壓力分布表達(dá)式：

(6)

式中：β為側(cè)系數(shù)。

設(shè)彈性區(qū)的范圍為x2，當(dāng)x=x1+x2時(shí)將σ2=γH帶入式(7)可得彈性區(qū)范圍x2為：

(7)

由式(7)可知，在同一開(kāi)采條件下式彈性區(qū)范圍x2隨煤層厚度M增大而增大。

工作面超前支承壓力影響范圍x由塑性區(qū)和彈性區(qū)疊加計(jì)算可得，見(jiàn)式(8)：

x=x1+x2

(8)

由式(5)，(7)，(8)可知工作面前方支承壓力的范圍隨開(kāi)采煤層厚度增加而增加。

2)煤層厚度對(duì)巷幫側(cè)向支承壓力影響分析

溫經(jīng)林[11]采用數(shù)值模擬及理論計(jì)算的方法對(duì)不同煤層厚度條件下巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了研究，在相同外應(yīng)力場(chǎng)作用的情況下，相同尺寸的煤層巷道，煤層厚度越大其側(cè)向支承壓力影響范圍越大。

1.3 特厚煤層巷道圍巖強(qiáng)度

特厚煤層開(kāi)采巷道大多為煤巷且留有底煤，其巷道圍巖為煤體；薄及中厚煤層開(kāi)采巷道大多為半煤巖巷，其巷道周圍為煤體和巖體，見(jiàn)圖3。

圖3 不同厚度煤層開(kāi)采巷道圍巖示意Fig.3 Schematic diagram on surrounding rock of mining

在實(shí)際工程中，巷幫圍巖往往由多組巖層組成，如圖4所示。巷幫圍巖抗壓強(qiáng)度主要根據(jù)兩幫圍巖厚度和強(qiáng)度進(jìn)行厚度加權(quán)平均處理，可由式(9)求出厚度加權(quán)平均強(qiáng)度值。

圖4 巷幫層狀組合圍巖結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Schematic diagram on surrounding rock structure of layered combination on side wall

(9)

式中：[σc]為巷道圍巖抗壓強(qiáng)度，MPa；mi為巷幫巖層厚度，m；[σcmi]為巷幫巖層抗壓強(qiáng)度，MPa。

煤體抗壓強(qiáng)度一般小于巖體，故特厚煤層開(kāi)采期間巷道圍巖強(qiáng)度低于薄及中厚煤層。

綜上，特厚煤層開(kāi)采相對(duì)于薄及中厚煤層開(kāi)采對(duì)沖擊危險(xiǎn)性的影響如下：

1)特厚煤層巷道圍巖相較于薄及中厚煤層積聚的能量更多，在相同的應(yīng)力條件下特厚煤層巷道沖擊危險(xiǎn)性更高。

2)特厚煤層多采用綜放開(kāi)采，放頂煤開(kāi)采使得圍巖的活動(dòng)范圍在橫向、縱向都較大，造成了巷道應(yīng)力的增加和影響范圍的增大。

3)特厚煤層開(kāi)采巷道圍巖強(qiáng)度低于薄及中厚煤層。巷道外應(yīng)力的增加和巷道強(qiáng)度的降低使得圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度比值變大，導(dǎo)致特厚煤層開(kāi)采具有更高的沖擊危險(xiǎn)性。

特厚煤層具有巷道沖擊傾向性高、開(kāi)采應(yīng)力影響范圍廣及圍巖強(qiáng)度低3個(gè)主要沖擊特征。同時(shí)，由于其災(zāi)害體積大、積聚能量多，其發(fā)生沖擊后的災(zāi)害程度較為嚴(yán)重。

2 特厚煤層巷道沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法研究

以煤巖體的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線為例結(jié)合沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論[12]，將煤巖體發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的過(guò)程分為以下階段：①?zèng)_擊前的儲(chǔ)能階段，即煤巖體在外應(yīng)力作用下存儲(chǔ)的能量；②沖擊破壞階段，即應(yīng)力大于煤巖體強(qiáng)度而發(fā)生沖擊破壞；③沖擊破壞后的顯現(xiàn)階段，即煤巖體沖擊破壞后釋放的能量以動(dòng)能或沖擊波的形式顯現(xiàn)到采掘空間，如圖5所示。

圖5中：PC為試件破壞載荷；ΦSP為塑性應(yīng)變能；ΦSE為彈性應(yīng)變能；Ax為試件峰值后消耗的變形能。

圖5 煤體試件全應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.5 Full stress-strain curve of coal sample

以特厚煤層巷道為研究對(duì)象，其沖擊危險(xiǎn)性主要和巷道存儲(chǔ)能量、巷道能否發(fā)生沖擊破壞以及沖擊后釋放的能量強(qiáng)度有關(guān)。沖擊傾向性理論中采用彈性能指數(shù)WET來(lái)表征煤體的儲(chǔ)存能量；基于強(qiáng)度理論，巷道能否發(fā)生沖擊破壞主要由圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度的比值決定；沖擊破壞后的能量釋放強(qiáng)度目前主要采用剩余能量釋放速度指數(shù)WT或沖擊能量速度指數(shù)WST對(duì)其進(jìn)行闡述。分別研究其對(duì)特厚煤層巷道沖擊危險(xiǎn)性的影響。

2.1 基于能量存儲(chǔ)的沖擊危險(xiǎn)性判別

彈性能指數(shù)WET可以反映煤巖體儲(chǔ)存能量的能力，見(jiàn)式(10)：

WET=ΦSE/ΦSP

(10)

式中：WET為彈性能指數(shù)；ΦSP為塑性應(yīng)變能；ΦSE為彈性應(yīng)變能。

2.2 基于圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度比值的沖擊危險(xiǎn)性判別

以巷道圍巖沖擊為例，巷道圍巖強(qiáng)度隨著單向-三向受力狀態(tài)變化而產(chǎn)生強(qiáng)度硬化；沖擊地壓發(fā)生時(shí)巷道圍巖應(yīng)力在短時(shí)間內(nèi)突增，導(dǎo)致巷道圍巖應(yīng)力加載速率增加，加載速度突然增加必然會(huì)導(dǎo)致其圍巖破壞強(qiáng)度的增加，稱之為圍巖強(qiáng)度的動(dòng)應(yīng)力硬化效應(yīng)[13]。煤巖體在發(fā)生沖擊破壞時(shí)必然存在“動(dòng)應(yīng)力硬化”和“單向-三向硬化”，其影響了巷道圍巖沖擊破壞時(shí)的強(qiáng)度。采用Ic表示巷道圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度的比值，見(jiàn)式(11)所示：

(11)

式中：Ic為圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度比值；σ為圍巖應(yīng)力；[σc]為圍巖強(qiáng)度。

Ic可以反映煤巖體在沖擊時(shí)的強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則，但其不能反映破壞后釋放能量的強(qiáng)弱程度。

2.3 基于剩余能量釋放強(qiáng)度的沖擊危險(xiǎn)性判別

潘一山等[14]提出采用沖擊能指數(shù)與動(dòng)態(tài)時(shí)間的比值來(lái)表征煤巖體沖擊釋放能量的強(qiáng)度，引入了沖擊能量速度指數(shù)WST，計(jì)算公式見(jiàn)式(12)：

WST=KE/tD

(12)

式中：WST為沖擊能量速度指數(shù)；KE為沖擊能指數(shù)；tD為動(dòng)態(tài)破壞時(shí)間，s。

沖擊能量速度指數(shù)反映了煤巖體破壞后釋放單位能量的大小，但該指標(biāo)的先決條件是煤巖體必須發(fā)生破壞。

2.4 沖擊危險(xiǎn)判別的理論表達(dá)

根據(jù)上述研究，沖擊地壓發(fā)生大致經(jīng)歷煤巖體沖擊前的儲(chǔ)能、沖擊破壞以及沖擊后的能量釋放3個(gè)階段，故煤巖體沖擊危險(xiǎn)性主要和其儲(chǔ)能能力、破壞強(qiáng)度以及剩余能量釋放速率有關(guān)。提出采用煤巖體彈性能指數(shù)、應(yīng)力比指數(shù)及沖擊能量速度指數(shù)共同表征煤巖體沖擊危險(xiǎn)性，見(jiàn)式(13)：

煤巖體的沖擊危險(xiǎn)性=f(WET，Ic，WST)

(13)

式中：WET為彈性能指數(shù)；Ic為圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度比；WST為沖擊能量速度指數(shù)。

3 特厚煤層巷道沖擊危險(xiǎn)性工程判據(jù)研究

基于沖擊危險(xiǎn)性判別的理論基礎(chǔ)，認(rèn)為特厚煤層巷道發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性主要和巷道煤巖體儲(chǔ)能能力、破壞準(zhǔn)則以及破壞后釋放能量程度有關(guān)。引入沖擊危險(xiǎn)指數(shù)CW表征其沖擊危險(xiǎn)性，見(jiàn)式(14)：

CW=f(WET，Ic，WST)

(14)

式中：CW為沖擊危險(xiǎn)指數(shù)；WET為彈性能指數(shù)；Ic為圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度比值；WST為沖擊能量速度指數(shù)。

采用模糊數(shù)學(xué)的方法[15]，分別研究各指標(biāo)對(duì)沖擊危險(xiǎn)性的隸屬度，進(jìn)而形成可以應(yīng)用于工程實(shí)踐的沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)多元指數(shù)法及分級(jí)指標(biāo)。

1)彈性能指數(shù)對(duì)沖擊危險(xiǎn)性隸屬度

在煤巖體破壞的基礎(chǔ)上，提出彈性能量指數(shù)WET與沖擊危險(xiǎn)性的關(guān)系見(jiàn)表1。

根據(jù)以上研究，采用模糊數(shù)學(xué)的方法提出彈性能指數(shù)對(duì)沖擊危險(xiǎn)性事件的隸屬度f(wàn)WET如式(15)所示：

表1 彈性能指數(shù)與沖擊危險(xiǎn)性關(guān)系Table 1 Relationship between elastic energy index and rock burst risk

(15)

2)圍巖應(yīng)力與強(qiáng)度比對(duì)沖擊危險(xiǎn)性隸屬度

研究巷道圍巖破壞與沖擊危險(xiǎn)的關(guān)系，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)提出應(yīng)力比指數(shù)Ic與沖擊危險(xiǎn)性的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 應(yīng)力比指數(shù)與沖擊危險(xiǎn)性關(guān)系Table 2 Relationship between stress ratio index and rock burst risk

根據(jù)以上研究，采用模糊數(shù)學(xué)的方法提出應(yīng)力比Ic對(duì)沖擊危險(xiǎn)性事件隸屬度f(wàn)Ic如式(16)所示：

(16)

3)剩余能量釋放強(qiáng)度對(duì)沖擊危險(xiǎn)性隸屬度

潘一山等[14]定義了沖擊能量速度指數(shù)與沖擊危險(xiǎn)性的關(guān)系，見(jiàn)表3。

表3 沖擊能量速度指數(shù)與沖擊危險(xiǎn)性關(guān)系Table 3 Relationship between impact energy speed index and rock burst risk

根據(jù)以上研究，采用模糊數(shù)學(xué)的方法提出沖擊能量速度指數(shù)對(duì)沖擊危險(xiǎn)性事件隸屬度f(wàn)WST見(jiàn)式(17)：

(17)

4)沖擊危險(xiǎn)性評(píng)估方法及分級(jí)

通過(guò)研究各指標(biāo)對(duì)沖擊危險(xiǎn)性的隸屬度，結(jié)合式(14),(15),(16),(17)可得了沖擊危險(xiǎn)性指數(shù)CW見(jiàn)式(18)：

CW=K1fWET+K2fIc+K3fWST

(18)

式中：CW為沖擊危險(xiǎn)指數(shù)；K1為彈性能指數(shù)影響沖擊危險(xiǎn)性的權(quán)重系數(shù)；K2為應(yīng)力比指數(shù)影響沖擊危險(xiǎn)性的權(quán)重系數(shù)；K3為沖擊能量速度指數(shù)影響沖擊危險(xiǎn)性的權(quán)重系數(shù)；其中K1+K2+K3=1。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)通常情況下取K1=K2=0.4，K3=0.2。如果具體評(píng)價(jià)煤層地質(zhì)條件清晰，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整權(quán)重系數(shù)。

提出基于沖擊危險(xiǎn)性指數(shù)CW的煤巖沖擊危險(xiǎn)性工程判別分級(jí)指標(biāo)，將其分為無(wú)、弱、中等和強(qiáng)4個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表4。

表4 沖擊危險(xiǎn)性工程判據(jù)指標(biāo)Table 4 Engineering judgment criteria of rock burst risk

4 工程應(yīng)用

4.1 工作面概況

陜西某礦3803孤島工作面煤層厚度9～13 m，平均煤厚9.58 m。工作面走向長(zhǎng)約2 110 m，傾向長(zhǎng)約210 m，平均采深約350 m，最深處距地表約560 m，工作面上、下巷均留有6 m煤柱進(jìn)行掘進(jìn)，見(jiàn)圖6所示。針對(duì)該工作面的開(kāi)采條件，采用沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的多元指數(shù)法對(duì)該工作面掘進(jìn)期間的沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖6 水簾洞煤礦三采區(qū)示意Fig.6 Schematic diagram of No.3 mining area in Shuiliandong coal mine

4.2 掘進(jìn)巷道沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

基于應(yīng)力疊加原理[5,16]，通過(guò)計(jì)算可得3803工作面掘進(jìn)期間上、下巷垂直應(yīng)力分布曲線如圖7所示。

圖7 3803工作面掘進(jìn)期間應(yīng)力分布Fig.7 Stress distribution in 3803 working face during

1)多元指數(shù)法評(píng)價(jià)

3803工作面上、下巷均布置在煤體中，故巷道圍巖強(qiáng)度取煤體的單向抗壓強(qiáng)度20.07 MPa，煤體WET為4.99，WST為82.5，根據(jù)多元指數(shù)評(píng)價(jià)法結(jié)合式(18)取權(quán)重系數(shù)K1，K2，K3分別為0.4，0.4，0.2。計(jì)算可得工作面掘進(jìn)期間上、下巷沖擊危險(xiǎn)性曲線如圖8所示，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合表1可知掘進(jìn)期間上、下巷均具有中等沖擊地壓危險(xiǎn)。

圖8 基于多元指數(shù)法評(píng)價(jià)的3803工作面掘進(jìn)期間上、下巷沖擊危險(xiǎn)性示意Fig.8 Schematic diagram on rock burst risk of upper and lower roadways in 3803 working face during excavation based on assessment of multivariate indexes method

2)其他沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

采用綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)3803工作面掘進(jìn)巷道沖擊危險(xiǎn)指數(shù)為0.73，具有中等沖擊地壓危險(xiǎn)性。應(yīng)力疊加法評(píng)價(jià)以煤體單軸抗壓強(qiáng)度的1.5，1.8和2.0倍作為掘進(jìn)巷道沖擊危險(xiǎn)性弱、中等及強(qiáng)的判別值，根據(jù)圖7所示的3803工作面掘進(jìn)期間上、下巷道垂直應(yīng)力估算結(jié)果，評(píng)價(jià)可得3803掘進(jìn)巷道沖擊地壓危險(xiǎn)性為無(wú)。

綜上，多元指數(shù)法、綜合指數(shù)法以及應(yīng)力疊加法評(píng)價(jià)工作面掘進(jìn)巷道沖擊危險(xiǎn)性分別為中等、中等及無(wú)。該礦井在非孤島工作面開(kāi)采時(shí)已有沖擊顯現(xiàn)，孤島工作面開(kāi)采應(yīng)力將更為集中，故將其沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)為中等較為合理。

4.3 基于沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的卸壓方案

根據(jù)多元指數(shù)法評(píng)價(jià)沖擊危險(xiǎn)性的結(jié)果，3803掘進(jìn)工作面上、下巷具有中等沖擊地壓危險(xiǎn)性，其沖擊地壓防治方案如下：

1)迎頭防沖措施

工作面掘進(jìn)期間在迎頭前方施工孔深20 m，孔徑42 mm的鉆屑法檢測(cè)孔，如鉆屑法不超標(biāo)則繼續(xù)掘進(jìn)；如鉆屑法超標(biāo)則在迎頭施工3個(gè)孔深30 m，孔徑133 mm的卸壓鉆孔，卸壓后再進(jìn)行鉆屑法檢測(cè)，直至不超標(biāo)方可繼續(xù)掘進(jìn)。每掘進(jìn)10 m再施工1個(gè)20 m的鉆屑法檢測(cè)孔，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

2)巷幫防沖措施

在掘進(jìn)迎頭后方巷道實(shí)體幫每隔3 m施工孔徑133 mm，孔深20 m卸壓鉆孔，鉆孔距巷道底板不小于0.5 m，卸壓鉆孔距迎頭最大距離不超過(guò)10 m。

5 結(jié)論

1)研究了特厚煤層巷道能量?jī)?chǔ)存、應(yīng)力分布及圍巖強(qiáng)度特征，揭示了特厚煤層相比于薄及中厚煤層開(kāi)采具有巷道儲(chǔ)存能量高、應(yīng)力分布范圍廣及圍巖強(qiáng)度低3個(gè)主要沖擊特征。

2)提出了特厚煤層巷道綜合彈性能指數(shù)、應(yīng)力比指數(shù)和沖擊能量速度指數(shù)的沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)多元指數(shù)法。采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行量化，使得沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果更趨量化。

3)分別采用多元指數(shù)法、綜合指數(shù)法和應(yīng)力疊加法對(duì)陜西某礦3803工作面掘進(jìn)期間巷道沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果合理且為特厚煤層巷道沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了參考。

4)根據(jù)多元指數(shù)法評(píng)價(jià)的巷道沖擊危險(xiǎn)性結(jié)果，在3803工作面掘進(jìn)期間迎頭和巷幫采取了合理的卸壓措施，保證了工作面的安全開(kāi)采。