王 飆

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團鄂托克前旗恒源投資實業(yè)有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 工作面概況

1.1 工作面概況

長平井田位于高平市西北寺莊鎮(zhèn)境內，礦井東南距高平市17km，北距長治市45km，南距晉城煤業(yè)集團53km。5302綜放工作面位于3#煤一水平五盤區(qū)南翼，為五盤區(qū)的首采工作面；地面標高979－1170m，煤層底板標高412－480m，工作面走向長度1509.17m（幫—停），傾斜長度295.00m（幫—幫），煤層平均厚度5.64m；該工作面在1066m處布置有第二切眼，長101.5m；工作面東部為5301工作面（尚未布置），西部為5303工作面（正在布置），北部為五盤區(qū)大巷，南部為西玨山廟保護煤柱。

1.2 煤層性質

煤層總厚度6.0 4 m，中間有2 層夾矸，煤層結構情況為0.45(0.30)3.95(0.25)1.09，煤層傾角2-9°，平均5°，煤呈黑色，煤芯呈塊狀及短柱狀，玻璃光澤，條帶狀結構，階梯狀斷口，內生裂隙發(fā)育，夾矸為炭質泥巖及泥巖。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示：

從四盤區(qū)三個地應力測站的圍巖強度測試結果來看，井下巷道鉆孔中測出的煤體平均單軸抗壓強度集中在13.8～15.4MPa之間。煤層頂板直接頂砂質泥巖，強度在27.6～32.6MPa之間，單軸抗壓強度較??；老頂細粒砂巖，強度在70.0～80.0MPa之間，平均72.1MPa，單軸抗壓強度較大。煤層直接底為泥巖，強度在23.8～28.9MPa之間，單軸抗壓強度較??；老底粉砂巖，平均強度70.1MPa。

表1 煤層頂?shù)讕r層情況

1.3 工作面水文地質條件

巷道掘進中涌水的主要來源為頂板砂巖含水層水，局部地段可能遇到底板砂巖含水層水。涌水形式為頂板淋水、頂板裂隙滲水和底板涌水，預計工作面正常涌水量為6m3/h，最大涌水量為12m3/h。據(jù)礦井瓦斯鑒定及鄰近工作面瓦斯檢測結果，預計工作面瓦斯絕對涌出量1.35-2.74m3/min；預計工作面二氧化碳絕對涌出量為1.16-1.38m3/min。煤塵無爆炸性危險，屬于不自燃煤層，地溫變化區(qū)段為18.6-23.05℃，平面地溫變化很小，無地溫異常，工作面地壓為8.875-13.125MPa。本礦井未曾出現(xiàn)沖擊地壓，預計工作面無沖擊地壓和應力集中危害。

本區(qū)屬大陸性氣候，據(jù)晉城市氣象站觀測資料：年平均氣溫為10.88℃，最高氣溫為38.6℃，最低氣溫為-22.8℃；年降水量為292.0～1008.8mm，6～9月份降水量占全年的70%；年平均蒸發(fā)量為1009.6mm，干旱指數(shù)為1.58，屬半濕潤區(qū)；該區(qū)夏季多東南風，冬季多西北風，最大風速十級，一般為3～4級；全年無霜期180d左右，每年11月至次年3月為結冰期，凍土深度一般為0.30～0.43m。

2 巷道超前礦壓規(guī)律與其他開采活動對礦壓影響研究

2.1 巷道礦壓設備布置方案

布置方案為分別在53021、53023兩巷布置72組巷道礦壓監(jiān)測設備，包括72個頂板離層儀、80個鉆孔應力計、72個錨桿測力計，具體布置方案如圖1所示。

圖1 巷道礦壓設備布置方案

53021、53023兩條巷道每個巷道布置36組測站，其中3#測站和7#測站為鉆孔應力集中監(jiān)測測站，每個測站布置3m、5m、7m、9m、11m、13m、15m、17m共計8個鉆孔應力計，以及2個錨桿測力計（頂板一個、內幫一個）和1個頂板離層儀，其余測站布置1個鉆孔應力計、2個錨桿測力計和1個頂板離層儀。由1#測站（靠近切眼）向36#測站依次布置。首次兩巷各布置20個測站（由于缺少錨桿測力計，53023巷布置19組），當測站進入采空區(qū)前，拆除鉆孔應力計和錨桿測力計，并將拆除的設備安裝在巷道前方新增測站上。

2.2 各測站礦壓數(shù)據(jù)分析

分別對53021巷、53023巷頂板離層量、頂錨桿應力、幫錨桿應力、煤體應力等數(shù)值增量明顯的單一測站隨時間變化的礦壓規(guī)律進行分析。

2.2.1 頂板離層數(shù)據(jù)分析

53021巷6#測站頂板離層量變化明顯，1月17日，該測站超前工作面70m左右離層量開始增大，在超前工作面60m時深層位移量為449mm，淺層位移量為461mm。

2.2.2 巷道頂錨桿應力數(shù)據(jù)分析

巷道頂錨桿應力變化曲線如圖2所示，53021巷2#測站頂錨桿應力在超前工作面70m處開始增大，超前30m時明顯增大，由超前30m位置的28kN增至超前7m位置的103kN，增量達75kN，增幅達到269%。53021巷5#測站頂錨桿應力在超前工作面81m處開始增大，在超前50m時達到108kN，增量達到49kN，增幅為83.1%，而且由圖2（b）可知仍有繼續(xù)增大的趨勢。53021巷6#測站頂錨桿應力在超前55m處明顯增大，1月31日超前工作面31m時增大至102kN。53021巷9#測站頂錨桿應力在超前工作面200m時開始快速升高，超前工作面170m時達到86kN。由此分析可知頂錨桿受巷道超前動壓影響在工作面前方81m增幅明顯加大，幫錨桿應力影響范圍最遠可達175m，在超前100m時增幅提升。

2.2.3 巷道幫錨桿應力數(shù)據(jù)分析

53021巷1#測站幫錨桿在超前60m位置開始緩慢增大，超前工作面40m時應力驟增至68kN，增量48kN，而后緩慢增大，在設備拆除前（超前工作面5m）應力增大至135kN。53021巷5#測站幫忙應力超前工作面175m處開始增加，但幅度不大，當超前工作面100m時開始快速增大，在超前工作面81.9m時增大至76kN。53023巷3#測站幫錨桿應力在超前130m處開始增加，最大值達到102kN。53023巷16#測站幫錨桿應力在超前400m時應力超過60kN，可能由于周邊存在構造導致巷道應力 升高。

圖2 頂錨桿應力變化曲線

圖3 煤體應力變化曲線圖

2.2.4 煤體應力數(shù)據(jù)分析

各測站煤體應力曲線如圖3所示。53021巷3#測站5m深煤體應力在超前工作面50m處開始增大，12月1日經(jīng)卸壓爆破后應力明顯降低，而后增速放緩；53021巷5#測站7m煤體應力在超前工作面160m處開始增大，超前工作面89m時快速升高，在工作面前方16.9m時達到12.1MPa；53023巷3#測站3m鉆孔在超前工作面130m處開始緩慢增大，超前工作面25m時迅速增大，11月26日拆除前，最大應力值達16MPa，該測站15m深煤體應力在超前工作面30m時迅速增大，12月8日拆除前，應力值達15.1MPa；53023巷5#測站7m深煤體應力在超前工作面230m時開始緩慢增長，距工作面51.2m時應力增至10MPa，并仍有上漲趨勢。53023巷7#測站9m深煤體應力在超前工作面75m時應力快速升高，超前工作面40m時應力值達到16MPa，并仍有升高趨勢。

3 其他開采活動對礦壓的影響

3.1 巷道卸壓爆破效果分析

為了分析深孔爆破卸壓對兩巷及工作面礦壓顯現(xiàn)的影響程度，分別分析卸壓前后5302工作面支架壓力、53021巷、53022巷煤體應力的變化情況。

1）53021巷首次卸壓時間為9月8日～9月11日，考慮到卸壓對機頭機尾支架影響最為直接，分析卸壓前（8月15日～10月12日，機頭0～70m范圍）、卸壓后（9月8日機頭回采至10.4m，由于卸壓孔布置在超前工作面60m～110m，該位置回采時間為10月13日～11月13日）機頭附近10架支架壓力的變化情況，卸壓前，1～10#支架循環(huán)末阻力平均值為6473.9kN，卸壓后循環(huán)末阻力平均值為5782.6kN。卸壓后循環(huán)末阻力降幅為10.7%。

2）53023巷卸壓時間為8月28日～9月28日，分析卸壓前（8月15～9月3日，機尾0～10m）、卸壓后（8月28日機尾推進度為0，卸壓孔超前工作面10m～108m，該位置回采時間為9月4日～11月1日）機尾附近10架壓力變化情況，卸壓前，161～171#支架循環(huán)末阻力平均值為5908.5kN，卸壓后循環(huán)末阻力平均值為5281.8kN，卸壓后循環(huán)末阻力降幅為10.6%。

3）53023巷9月24～28日對距切眼96～118m位置巷道進行卸壓爆破，2#測站位于該影響區(qū)內，幫錨桿應力明顯降低，由43kN降至6kN，降幅明顯，其他測站數(shù)據(jù)并未在卸壓爆破后發(fā)生明顯變化。

53021巷3#集中測站在12月3日進行了深孔爆破工作，53023巷3#集中測站附近測點在11月26日進行深孔爆破，各測點壓力變化情況如表2所示。

表2 深孔爆破對巷道礦壓的影響

通過以上分析可以看出，巷道卸壓爆破能夠有效降低巷道及工作面機頭機尾頂板壓力，卸壓后，兩端頭附近支架壓力平均降幅為10.55%，巷道煤體應力平均降幅為24.78%，卸壓效果較為明顯。

4.3.2 頂板活動對工作面淋水的影響

由地質條件可知，5302工作面上方40m處為K8含水層，110m處為K10含水層，根據(jù)現(xiàn)場觀測，工作面分別出現(xiàn)三次頂板淋水，具體情況如表3 所示。

表3 工作面頂板淋水情況

1）10月3日，129#～139#支架開始來壓，其中133#～136#支架安全閥頻繁開啟，來壓持續(xù)時間最長持續(xù)到10月12日，10月9日，142～147#支架來壓，部分支架安全閥開啟，表明該時間內129#～147#支架上方頂板活動劇烈。根據(jù)微震系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)顯示，10月2日～10月11日，工作面共發(fā)生5次103J以上較大能量微震事件，其中1次最大能量事件發(fā)生在工作面靠近機尾附近，能量達到1.3×104J，層位位于頂板上方31m處，該能量事件可能是由于關鍵層斷裂導致，使得K8含水層導通工作面，造成工作面淋水。

2）11月14日，122#～141#支架附近頂板來壓，11月17日～18日來壓加劇，部分支架安全閥開啟，11月14日～11月19日共發(fā)生7次較大能量事件，其中11月17日在工作面距機尾30m位置發(fā)生一次1.1×104J大能量事件，位于頂板上方25m處，結合工作面礦壓分析結果，應為工作面基本頂大范圍斷裂后導通K8含水層，造成工作面淋水。

3）12月5日，工作面140#～153#支架陸續(xù)來壓，145#～153#支架安全閥頻繁開啟，礦壓顯現(xiàn)明顯。對應微震事件可以看出，12月2日～12月6日，工作面靠近機尾附近發(fā)生6次較大能量微震事件，其中兩次發(fā)生在底板中，一次發(fā)生在煤層中，三次發(fā)生在頂板，最大震動能量為5.5×104J，發(fā)生層位在頂板上方30m位置，通過層位判斷應為K8含水層附近頂板斷裂所致。

4.4 小結

本文通過對53021巷、53023巷頂板離層量、頂錨桿應力、幫錨桿應力、煤體應力的現(xiàn)場監(jiān)測與分析得出以下結論：

1）頂錨桿受巷道超前動壓影響在工作面前方81m增幅明顯加大，幫錨桿應力影響范圍最遠可達175m，在超前100m時增幅提升，煤體應力受超前動壓影響最遠可達230m，在超前89m時增幅提升。

2）超前動壓影響范圍在工作面前方80～100m范圍，在此區(qū)域內，巷道壓力增幅明顯升高，個別測點在超前工作面25～30m時錨桿應力和煤體應力迅速升高。

3）可以大致將工作面超前動壓影響區(qū)分為三個區(qū)域：（1）超前應力顯著影響區(qū)，位于工作面前方0～30m；（2）超前應力擾動區(qū)，位于工作面前方30～100m；（3）超前應力覆蓋區(qū)，位于工作面前方100～230m。

4）基于工作面現(xiàn)場條件，運用礦壓分析手段對巷道切頂卸壓效果及工作面淋水原因進行了分析，卸壓爆破后，兩端頭附近支架壓力平均降幅為10.55%，巷道煤體應力平均降幅為24.78%，巷道卸壓爆破能夠有效降低巷道及工作面機頭機尾頂板壓力，卸壓效果較為明顯。

5）針對三次工作面頂板淋水情況，分析該時間內工作面支架壓力變化規(guī)律及微震能量事件分布特征可以看出，淋水期間該位置附近頂板均處在周期來壓時期，支架安全閥頻繁開啟。同時在頂板上方25～31m位置發(fā)生104J大能量微震事件，工作面淋水主要為頂板上方關鍵層斷裂導通K8含水層所致，開采擾動產生的裂隙帶高度并未達到K10含水層。