李俊营

（1.河南理工大学，河南 焦作 454000；2.义马煤业集团股份有限公司，河南 义马 472300）

23070孤岛工作面冲击机理分析及防治对策

李俊营1，2

（1.河南理工大学，河南 焦作 454000；2.义马煤业集团股份有限公司，河南 义马 472300）

冲击地压是危害煤矿安全生产的重大灾害之一。为了保证矿井的安全生产，要加强对冲击地压的研究。本文分析了孤岛工作面发生冲击地压的主要机理，通过对23070工作面顶底板岩性、微震事件分布等进行分析研究，得出其发生冲击地压主要是地板参与型冲击，并依此采取相应的防冲措施。

孤岛煤柱；冲击地压；冲击机理

冲击地压是危害煤矿安全生产的重大灾害之一，分析其形成原因，根据原因采取不同的解决方法，对矿井的安全生产和持续发展至关重要。

1 孤岛煤柱冲击机理

孤岛煤柱是由于开采顺序不合理造成的。孤岛煤柱煤岩系统中，由于弱面、节理的存在，使煤岩系统具有非均质性、弹脆塑性、各向异性、不连续性等特点［1］。

孤岛煤柱由于周边煤层已经采空，除承受煤柱上覆岩层自身的重量外，还承受周边采空区上部岩层的侧向支承压力作用，在坚硬顶底板的夹持作用下，煤柱内的应力非常大。如果煤柱承受的压力达到极限，超过煤柱强度时，煤柱就会被破坏，产生冲击地压。根据成因不同，孤岛煤柱冲击地压可分为弱面滑移型冲击地压、煤柱压垮型冲击地压、底板破坏型冲击地压和底板参与煤柱型冲击地压四种类型［2］。

1.1 煤柱压垮型冲击地压

当开采达到一定深度，且煤柱较窄时，煤柱支承压力分布形态呈拱形状态。这主要是由两侧采空区支承压力的叠加造成的。在煤柱顶底板和弱面的强度均超过煤体强度，且顶板压力产生的推力不足以克服弱面摩擦力的条件下，煤柱发生压垮型冲击破坏。煤柱压垮型冲击呈现为脆性破坏，整个破坏过程持续的时间较短，常发生在窄煤柱中。

1.2 弱面滑移型冲击地压

当开采达到一定深度且煤柱比较宽时，煤柱支承压力分布呈双峰型分布状态，主要是由煤柱两侧采空区支承压力造成的。在该深度条件下，部分煤体可能达到。在煤柱顶底板和煤体强度均超过弱面的强度，且顶板压力产生的推力足以克服弱面摩擦力的条件下，煤柱就会沿弱面发生滑移型冲击破坏。弱面滑移型冲击一般发生在比较宽的煤柱中，窄煤柱中很少出现。

1.3 底板破坏型冲击地压

采深较大时，顶底板和煤柱内部都聚集极高的应力，如果地板的抗压性较差，该区域就会成为应力释放的首选区域。当煤柱顶板、煤体、弱面的强度均高于底板强度，且顶板压力产生的推力不足以克服弱面摩擦力时，煤柱就会发生底板破坏型冲击。

1.4 底板参与煤柱型冲击地压

在上述情况下，如果煤柱顶板、弱面的强度高于煤体及底板强度，且底板与煤体强度接近时，就会发生底板参与煤柱破坏型冲击。

2 23070孤岛工作面概况

23070工作面倾斜长215m，上下巷均沿煤层底板布置，上巷设计长度为1 250m，布置在23 050工作面采空区下部，距离采空区下部边缘25m，下巷设计长度为1129m，布置在23090工作面采空区下部，距离采空区上部边缘15m；工作面平均采深750m，煤层平均厚度6.5m，含夹矸（炭质或砂质泥岩）1-5层。图1为23070工作面剖面图。

图1 23070工作面剖面图

3 23070孤岛工作面冲击危险性分析

3.1 煤柱宽度

23070工作面净煤柱宽度为175m。

3.2 煤层及顶底板岩性

23070工作面直接顶裂隙具隐水平层理，老顶夹薄层砂岩，直接底具缓波状层理，夹含粉砂岩条带，遇水膨胀。

23070工作面煤层及顶底板岩性如表1所示。

表1 23070工作面煤层及顶底板岩性

从表1可以看出，顶板强度均大于煤层强度，而底板强度远小于煤层强度，这在地质条件上为煤柱底板冲击破坏提供了可能。

3.3 微震事件分析

图2为23070工作面2016年12月、2017年1月两个月微震事件平面分布图。从图2可以看出，事件发生范围主要集中在工作面前100m、上半部范围，说明该区域煤岩体应力集中程度高。

图3为23070工作面2016年12月、2017年1月两个月微震事件层位分布图，事件主要分布在老顶以下，说明回采活动引起的老顶离层破坏高度较低；事件主要分布在煤层和底板中，煤层和底板应力集中程度较高。

图2 23070微震事件平面分布图

图3 23070微震事件层位分布图

综上所述，23070工作面上巷下帮、下巷上帮经过上分层开采卸压、煤柱边缘煤体受顶板压力作用破坏形成塑性区以及实施爆破卸压等在巷道煤壁以里形成了20m以上的塑性区。作用在煤体上的高压力，先是逐渐把煤体压实，造成煤体内部应力集中，然后高压力通过压实后的煤体传至底板，造成工作面煤壁附近底板应力积聚升高，这就是煤层及底板高能量微震事件较多的原因。由于23070工作面底板强度低于煤体，煤壁前方15m卸压深度不能保证塑性区宽度超过支承压力峰值位置，因此，23070工作面及有可能发生底板参与型冲击破坏。

4 防治措施

①工作面前上下巷按照相关防冲措施规定，继续实施高压预注水、深孔爆破、大直径钻孔卸压，保证煤柱边缘塑性区宽度超过侧向支撑压力峰值位置，增加煤体变形，使煤层能量以稳定、缓慢形式释放。

②超前工作面，由上巷下帮、下巷上帮向煤层顶板钻孔爆破，预先破坏顶板的完整性，改变顶板的力学特性，提前释放顶板所积聚的能量，减小顶板来压时顶板下沉冲向煤柱的动能。

③工作面推进至来压步距的2/3时，在工作面内超前实施底板爆破，破坏煤层底板完整性，使煤层和顶板岩层的变形加大，增加其弹性变形能的消耗，避免能量聚集后突然释放。

④工作面煤壁超前爆破孔深度增大至20m，使工作面煤壁前方形成足够宽度的卸压保护带。

［1］齐庆新，欧阳振华，赵善坤，等.我国冲击地压矿井类型及防治方法研究［J］.煤炭科学技术，2014（10）：1-5.

［2］张俊飞，姜福兴，杨建博，等.冲击煤层孤岛煤柱可开采性研究［J］.采矿与安全工程学报，2016（5）：867-872，879.

Analysis on the Rock Burst Mechanism of 23070 Island Coal Face and Prevention Countermeasures

Li Junying1，2
（1.Henan Polytechnic University，JiaoZuo Henan 454000；2.YiMa Coal Group Co.,Ltd.，YiMa Henan 472300）

Rock burst is one of the major disasters that endanger the safety of coal mine production.In order to ensure the safe production of the mine,we should strengthen the study of the rock burst.This paper analyzed the main mechanism of rock burst in the isolated working face,and based on coal seam and its roof and floor lithologic,microseism distribution,the main types of rock burst are obtained.And then taken corresponding measures to prevent it.

isolated coal pillar；impact pressure；impact mechanism

TD823.86

A

1003-5168（2017）07-0088-02

2017-06-01

李俊营（1981-），男，本科，工程师，研究方向：冲击地压防治。