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例析掘进面部分区域强矿压显现特征

1掘进面部分区域强矿压显现特征

乌东煤矿+501水平B3-6西翼煤层巷道掘进过程中，发生多起弱冲击地压事

件，造成巷道支护严重损坏和大面积的巷道变形。现场勘查发现，多起冲击地压

事件均发生在距离掘进工作面30m以外的区域，波及范围在80～100m之间。

分析煤层、煤层顶底板的冲击倾向性及采掘关系，以及急倾斜煤层顶板岩层的不

稳定、不规则垮落，开展冲击高危区域的预测预报，并对冲击高危区域采取相应

的处理措施，这对矿井安全生产具有极为重要的意义。

1.1掘进面概况

乌东煤矿位于准南煤田东南部，乌鲁木齐矿区东部，八道湾向斜南翼，为一

单斜构造，煤层产状：走向北偏东59°，倾向329°，煤层倾角86.5°左右，且煤

层节理发育，结构复杂，全区稳定可采。煤层顶底板多为炭质泥岩和泥岩。主采

煤层B3～B6煤层，煤层平均厚度为50m，掘进工作面沿B3煤层底板和B6煤

层顶板布置，煤层老顶为2～5m左右的灰白色粉砂岩；直接顶为1～4m左右的

灰色砂质泥岩；伪顶为0～0.5m左右的黑色炭质泥岩。老底和直接底分别为灰

色和深灰色的砂岩和泥质细砂岩。

+501水平西翼掘进工作面深度为341m，分层厚度为34m，上分层+535水

平B3-6煤层采用近水平分层走向长壁综采放顶煤法进行回采，其中机采3m，

放顶煤

17m。

1.2冲击显现特征

自掘进以来，+501水平B6巷累计发生矿压显现12次，巷道累计破坏长度

共计1050m。

结合工作面地质条件和掘进条件，矿压显现的特征概括如下：（1）+535水

平矿压显现不明显，+501水平矿压显现较为突出；（2）掘进进度和来压时间的

关系难以把握，没有规律可循；（3）矿压显现多发生在距掘进头30m范围以外

的B6巷（顶板侧），冲击发生后，巷道破坏长度多达100m以上，支护体严重

损坏、巷道底鼓量在60～100cm之间，两帮收缩量在50cm以上，治理难度较

大。

2强矿压显现影响因素分析

2.1开采深度

一般情况下，采深小于350m时，冲击地压一般不会发生，就乌东煤矿研究

表明，急斜特厚煤层冲击地压发生的临界深度有所上升，采深在307～341m时

就有发生的可能性。

2.2煤岩样冲击倾向性测试

乌东煤矿+501水平B3-6煤层（西翼）的动态破坏时间测试平均值为119ms，

大于50ms，小于500ms，按标准中的判断指标应为弱冲击倾向性；冲击能量指

数的测试平均值为2.95，大于1.5，小于5，按标准的判断指标应为弱冲击倾向

性；弹性能量指数的测试平均值为4.55，大于2，小于5，按标准的判断指标应

为弱冲击倾向性。单轴抗压强度平均值为15.25MPa，大于14MPa，按标准的判

断指标应为强冲击倾向性。根据判定煤层冲击倾向性4个指数各自特性，动态破

坏时间和单轴抗压强度的隶属度各为0.3，弹性能量指数和冲击能量指数的隶属

度各为0.2。由此判定乌东煤矿+501水平B3-6煤层（西翼）属于Ⅱ类，为具有

弱冲击倾向性的煤层。

2.3顶板岩层垮落结构特征分析

急斜煤层顶板形成过程中积聚了大量的弹性势能，在上分层开采过程中，顶

板基岩的稳定性遭到破坏，从稳定结构→假稳结构→稳定结构是一个能量释放的

过程，并且此过程贯穿于回采和掘进的全过程。假稳基岩从假稳到稳定过程的能

量释放过程的持续时间及前期“蓄能”时间的规律摸索是判定顶板岩层垮落诱发

冲击的重要参数，此参数的掌握将对冲击地压的预测预报提供可靠的经验性依据。

3掘进工作面的防冲实践

3.1巷帮煤岩体爆破卸压

巷帮煤岩体卸压爆破是一种对已监测到具有冲击危险性的区域进行钻爆卸

压的破坏性爆破。预裂卸压爆破首先诱发弹性势能的释放，其次在煤岩体形成大

量的次生裂隙，增大压力释放空间，改变煤体的结构及力学性质，降低弹性模量

和抗压强度，使煤岩体失去积聚能量的特性，之后在爆破区域加强支护，形成一

种“弱