兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿综采工作面超前采动应力范围分析

摘要：以硫磺沟煤矿（9-15）08回采工作面为背景，通过数值模拟及各项监测数据分析不同推进距离下巷道及煤壁超前应力分布范围，确定巷道超前支护距离，合理确定工作面停采线位置。

关键词：煤矿;范围

（9-15）08工作面于2020年7月6日开始回采，截至目前工作面已平均回采约360m，为掌握工作面回采期间超前采动影响影响范围，为工作面安全生产提供依据，根据工作面回采至今微震等监测数据，分析如下：

一、工作面概况

（9-15）08工作面为硫磺沟煤矿（4-5）06工作面的接续工作面，位于矿井西翼，布置在9-15煤层中。（9-15）08工作面部分位于（4-5）02采空区、（4-5）04采空区和（9-15）06采空區下方。工作面走向长度1713.2m，其中里段长度835.5m，倾斜长度130m，外段长度877.7m，倾斜长度165m。

二、超前采动应力监测方法

综合利用ARAMIS M/E微震监测系统、KJ615型冲击地压无线监测系统、钻屑监测法对工作面以及超前应力分布情况进行分析。其中微震测站布置不少于4个，测站间距250-300m;应力测站超前工作面200m布置，测站间距25±5m;钻屑点每3天在顺槽可采侧施工一次，超前工作面60m布置，距离工作面分别为20m、40m、60m。

三、超前采动应力分析

1.微震监测分析

微震数据选取为2020年10月25日至2020年11月20日区段监测数据（工作面过“一次见方”后），期间累计监测微震事件1369次，将期间发生微震事件“固定”投影到一个基准点，即微震事件均以10月25日当天工作面位置为基准点作为对比。

工作面回采期间绝大多数以1.0E+03J及以下能量事件分布，主要集中在超前工作面114m、采空区后方29m区域，煤壁至超前33m区域为微震事件频发区，即超前应力集中区约为10-33m，超前采动影响范围约为114m，采空区滞后影响范围为约0-30m区域。

2.超前应力分析

选取轨道顺槽9、10、11、12#测站应力曲线数据，应力曲线呈现缓慢上升或应力松弛状态，施工瓦斯与冲击地压灾害协同治理钻孔后对巷道围岩起到了较好的卸压保护作用，超前应力未监测到应力急剧上升或明显的应力集中区域。

3.钻屑监测分析

每3天对工作面超前60m范围内可采侧钻屑监测1次，钻屑监测最大煤粉量2.3kg，钻屑监测数据相对较为平稳，未监测到明显的超前采动应力集中区域。

4.巷道围岩变形量分析

工作面自切眼向停采线方向每间隔100m布置一个“十字”测站，每周对测站顶、底板及两帮围岩变形量观测数据1次，工作面轨道顺槽、皮带顺槽巷道围岩变形受超前采动应力影响较小。

5.结论

超前应力集中区约为10-33m，超前采动影响范围约为114m，采空区滞后影响范围为约0-30m区域。

四、基于超前采动应力影响范围的大巷保护煤柱分析

1.基于上覆煤柱应力传递的停采线位置合理性分析

工作面设计停采线位置位于1713.2m，设计位于（4-5）02工作面、（4-5）04工作面采空区下方，内错上覆煤层停采线煤柱布置，距离（4-5）04工作面停采线20m。

依据应力传递规律，应力传递角θ与上覆坚硬岩层断裂尺寸和煤岩体结构有直接关系，为了保证下层煤开采边界避开上煤层支承应力的影响，下煤层停采位置距上煤层停采线距离l1为：

l1 ≥dtanθ

式中：d为上下煤层间距（中间层厚度），m;θ为上煤层开采边间应力传递角，（°），通常取45°。

依据27-2、26-1钻孔柱状图，工作面设计停采线位置4-5煤层与9-15煤层中间层d=15.8m，即：

l1 ≥dtanθ=15.8×tan45°=15.8m

工作面实际设计停采线距离上覆煤层停采线为20m>15.8m，基于上覆煤层开采停采线煤柱形成的应力传递角（岩层移动线与开采煤层间夹角）计算，停采线位置设计较为合理。

2.基于对大巷保护的煤柱尺寸分析

由超前采动应力分析结论可知，（9-15）08工作面正常开采期间，超前采动应力距离工作面114m。（9-15）06工作面开采停采线距离大巷最小间距为152m，该工作面开采条件类似（9-15）08工作面，上覆（4-5）02工作面已开采，为重复采动工作面。（4-5）02工作面开采期间采空区面积较小，对周围巷道扰动也较小，停采时停采线距离大巷为112m，工作面回采以及停采阶段对周围大巷未发现扰动影响，大巷无围岩变形现象。（9-15）06工作面末采阶段对周围大巷扰动分析，末采期间对副斜井段、原（4-5）02皮带顺槽皮带机头段巷道围岩变形，主要变现为底鼓，副斜井段最大底鼓量约200mm，工作面于2018年10月31日停采，停采线距离副斜井约152m，停采结束后围岩变形也逐渐趋于稳定，至目前未发现围岩变形现象，煤柱应力趋于稳定状态，因此复合采空区重复开采后距离大巷保护煤柱应不得少于150m，避免对大巷产生持续扰动，保证大巷的长久稳定性。

（9-15）08工作面设计停采线位置距离副斜井约182m，基于（9-15）06工作面回采经验，大巷保护煤柱尺寸留设较为合理，考虑到（9-15）08工作面开采煤层厚度较大，导致工作面开采扰动范围也较大，因此（9-15）08工作面开采过程中，应综合应力监测及微震监测结果分析工作面采动影响范围，最终确定合理的工作面停采线位置。

作者简介：崔志瀛（1988.08.16），男，汉，山东滨州，大专，助理工程师，技术员，研究方向：煤矿冲击地压。