成庆华

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031400）

0 引言

工作面在实际开采过程中由于会受到诸多地质构造的影响，会使得工作面连续性被破坏，影响正常生产推进和矿压规律的显现。断层群作为地层中的节理构造，其周围围岩会进一步破碎，在采动作用影响下，工作面支架及巷道矿压显现都较一般工作面严重。针对工作面过断层群的关键技术问题，姜耀东、牟宗龙等学者均进行了大量研究，研究表明工作面过断层群会导致断层“活化”现象，加剧工作面开采难度。本文以辛置矿109B工作面为研究对象，研究工作面过断层矿压显现规律，对工作面安全开采提供借鉴。

1 工程概况

山西焦煤霍州煤电辛置矿2-109B工作面位于洪洞县境内，工作面开采2#煤层，位于矿井310水平一采区地面标高708～783 m，工作面标高221～283 m；工作面上方黄土覆盖厚度在149～227 m，基岩厚度在306～394 m。地表分布有山谷沟壑，但对工作面生产影响较小。工作面位于310水平一采区轨道巷右侧，2-105工作面采空区南侧、2-111工作面采空区北侧，西面为310水平延伸采区设计巷道，东面紧邻310一采区轨道巷。

工作面2#煤开采厚度3.82～4.3 m，平均4.1 m，煤层倾角2°～10°，平均4°属于近水平煤层，工作面走向长313 m、倾斜长50 m，煤层结构复杂，含两层夹矸，局部上层夹矸较厚，对工作面正常回采工作带来了一定风险。根据现场相邻工作面的生产实际，109B工作面的顶底板特征见表1。

表1 顶底板特征表

2 工作面地质构造实测

对2-109B工作面分别采取了无线电坑透技术和瞬变电磁法进行了工作面异常地质构造的探测工作。探测后的主要情况如下：

2.1 无线电坑透情况

探测结果显示有5处异常区：

E1异常区位于2-109B运输巷13#导线点前60m至124.2m工作面内部，影响范围为64.2m，分析异常区范围内可能受断层影响；

E2异常区位于2-109B运输巷19#导线点前52m至116.2m工作面内部，影响范围为64.2m，分析异常区范围内可能受工作面宽度变窄影响或者存在隐伏构造；

E3异常区位于2-109B运输巷21#导线点前88m至237.8m工作面内部，影响范围为149.8m，分析异常区范围内可能存在隐伏构造；

E4异常区位于2-109B运输巷25#导线点前92m至177.6m工作面内部，影响范围为85.6 m，分析异常区范围内可能受联巷影响，也不排除存在隐伏构造的可能；

E5异常区位于2-109B运输巷后段13#导线点前38 m至80.8 m工作面内部，影响范围为42.8 m，分析异常区范围内可能受工作面断层F2影响。

2.2 瞬变电磁情况

探测结果显示有3处异常区：

1异常区位于2-109B运输巷21#导线点前56～206 m范围内；2异常区位于2-109B运输巷25#导线点前87～257 m范围内；3异常区位于2-109B运输巷25#导线点前87～257 m范围内；

预计1、2异常区范围内可能存在隐伏构造，构造裂隙发育，含裂隙水；3异常区可能受2-109B回风巷F4断层影响，也不排除存在隐伏构造，构造裂隙发育，含裂隙水的可能性。

3 工作面过断层群数值模拟结果分析

3.1 立数值模型

根据2-109B工作面实际地质资料，采用FLAC3D软件建立数值模型，工作面内部共布置有三个断层（如图1所示）。模型倾斜长100 m，走向长度为850 m，断层编号分别为DF1、DF2、DF3。三维模型共205000个单元，模型竖直深度85 m，底部及四周采用固定位移约束，上部采用自由边界并施加10.0 MPa的垂直应力模拟上覆岩重。模型采用的煤岩物理力学参数见表2所示。

断层群设置在模型中部，范围在80～100 m，工作面回采后经历初次来压和周期来压阶段，在研究矿压显现规律时一般选取周期来压阶段。因此，选取工作面回采200～260 m时的数据研究过断层群前的矿压显现特征，选取340～420 m时数据研究工作面过断层群时的矿压显现规律。

图1 模型断层分布图

表2 煤岩物理力学参数表

3.2 作面过断层群应力变化规律

1）工作面过断层群前矿压显现规律。工作面推进到200～260 m范围时，此时距断层群位置还有一段距离，根据煤壁垂直应力分布规律可知，此时垂直应力状态依旧表现为常规推进时的特征。煤壁前方垂直应力表现为明显的单峰分布，应力峰值为29.0 MPa，约为原岩应力的2.5～3.0倍，整个监测阶段应力规律分布稳定，不受断层群分布的影响。

图2 作面过断层群前煤壁前方垂直应力分布规律

图3 作面过断层群时煤壁前方垂直应力分布规律

2）工作面过断层群时矿压显现规律。作面继续向前推进距离达到340～420 m时，逐步推过断层群，由过断层群时的应力分布情况可知，工作面在推进入到断层群时和推出断层群时应力峰值明显升高，最大值达50.1 MPa，峰值位置向后移近4～5 m；在断层群内部推进时垂直应力比正常回采阶段要低，这是由于断层区域煤层及顶底板较为破碎，造成回采时矿压显现的不稳定。整体而言，工作面受多个断层分布的影响，矿压显现规律与常规工作面存在差别，尤其在进出断层群时，应注意加强矿压监测工作，防止因工作面顶板结构变化而导致出现生产事故。

4 结 论

文章利用无线电坑透与瞬变电磁探查了109B工作面断层及其他地质构造的分布情况，工作面在过断层群之前矿压显现和常规工作面类似，进出断层群期间矿压显现较为剧烈，峰值可达5倍的原岩应力；工作面在断层群中推进时，应力值较小，与进出断层群有较大差异性。文章研究的工作面过断层群的矿压显现规律为109B工作面实际生产提供了指导，也为类似矿井工作面回采提供了借鉴。