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摘要：以峻德煤矿三四区二段工作面开采为背景，研究了工作面回采期间受覆岩运动和地质构造影响下的冲击危险性，确定了对工作面回采的监测预警以及防治方案。研究表明：工作面回采期间受覆岩运动影响较大，尤其是见方期间冲击危险性较强；工作面受断层影响较小，但局部区域仍有应力叠加有发生冲击地压的可能性；采用钻屑法与大直径钻孔卸压等防冲措施，达到了良好的防冲效果。
关键词：覆岩运动；冲击地压；断层
1工程背景
三四区二段工作面位于峻德煤矿三水平北17层，工作面走向长1080m，倾斜长176m。上段是三水平北17层三四区一段采空区，属于一侧采空开采，下部未开采。工作面上覆邻层为11层煤，层间距117～191m，工作面已开采完毕；下伏邻层为21层煤，层间距95～126m，尚未开采。工作面中部正上方有一、二水平3层、9层和11层煤遗留的孤岛煤柱四处。工作面北部为井田边界断层F1，该断层为正断层，走向NE，倾向NW，倾角15°-25°，水平断距280-350m；南部为L1断层，该断层为正断层，走向为NE、倾向为NW、倾角25°-35°、水平断距130-160m；该工作面上部为F7正断层，走向呈弧形、倾角15°-22°、水平断距160-270m。工作面具体布置方式如图1所示。
2冲击危险性分析
工作面在回采过程中，主要受开采深度、顶板岩层结构、煤冲击倾向性、构造影响和开采因素几个方面的影响，可能会引发冲击地压。本文着重对顶板岩层结构特征以及构造影响对本工作面进行冲击危险性分析。
2.1覆岩空间结构运动与动力灾害关系分析
本工作面平均埋深638m，此时决定工作面周围矿山压力显现程度的是覆岩空间结构。工作面回采时形成的覆岩空间结构为“S”型，随着工作面的不断推进，“S”型空间覆岩结构会周期性的破坏、形成，覆岩空间结构的运动将产生较大的矿压影响。
本工作面斜长176m，当工作面推进至距切眼176m时，采空区“单见方”。采场将形成“S”型覆岩空间结构，如图2示。覆岩空间结构运动易造成工作面来大压，并诱发两侧巷道附近区域发生冲击地压。上端头超前影响距离约为100m，机道超前影響距离约为100m，取工作面第一次见方时煤体应力集中系数为1.5。
当工作面推进至距切眼340m左右时，本工作面与三水平北17层三四区一段采空区上覆岩层同时运动，顶板破裂高度增加一倍，两个采空区形成的“S”型覆岩空间结构影响范围和动压显现也有所增加。据此，划定工作面上端头超前影响距离为100m，机道超前影响距离为100m，取工作面第二次见方时煤体应力集中系数为1.7。
当本工作面推进至距切眼470m左右时，本工作面与西侧两个采空区上覆岩层同时活动，顶板破裂高度继续增加，更高层位岩层形成的“S”型覆岩空间结构影响范围更大，动压显现更加强烈。划定工作面上端头超前影响距离为100m，机道超前影响距离约为100m，取工作面第三次见方时煤体应力集中系数为1.7。
由于本工作面上覆岩层为强度较大的砂岩层组，在经历三工作面见方后，顶板破碎高度达到最大，破裂带上方砂岩层裂隙不再发育。此后，随着工作面继续推进，上覆岩层破裂高度不再继续增加，因此本工作面的“S”型覆岩空间结构也不会继续向上扩展，而是周期性地断裂、重新形成。
2.2断层对工作面冲击危险影响分析
本工作面煤层埋藏较稳定，地质构造简单，煤层为单斜构造。根据现有资料，在切眼和回风道交叉口以南有断层P34穿过，最大落差8m；设计停采线与机道交叉口距L1断层最小平面距离为50m，由于L1断层最大水平断距160m。由于落差较大，断层有切割岩层的作用，在回采过程中，开采活动会将断层构造应力释放，构造应力与工作面超前支承压力形成应力叠加区，有形成冲击地压的可能。
由于断层P34最大落差8m，应力集中系数k取1.3，单侧影响范围L取60m，实际对回风道影响距离为自切眼向外90m，对机道影响范围为自切眼向外10m；断层L1最大落差160m，应力集中系数k取1.5，单侧影响范围L取100m，实际对机道影响距离为自停采线向里40m，由于距回风道最小平面距离超过160m，即回风道不在断层L1的影响范围内，如图3示。
3 工作面冲击地压监测与控制措施
3.1监测方案
本工作面在回采期间主要通过钻屑法进行冲击预警防范。具体监测方法是通过ZQS-50风煤钻、Φ42mm套节麻花钎子配Φ42mm钻头打眼，从孔口开始每米收集一次煤粉，并用弹簧秤称量其重量记录在记录表上。每打完一个孔，必须立即将结果填入记录表。布置方式为钻孔布置在回风道下帮时，钻孔水平布置，孔口距底板0.5～1.0m；钻孔布置在机道上帮时，钻孔仰角沿煤层倾斜向上布置，孔口距底板0.8～1.0m；回风道、机道监测孔深都为15m。
监测期间，结合检测实际煤粉量达到或超过极限（危险）煤粉量、颗粒直径大于3mm煤粉含量超过每米实际煤粉量30%、孔内冲击、卡钻、煤炮等强烈动力效应及指标，进行冲击地压危险程度评价和预警，当综合评价煤体具有冲击危险时，立即停止作业，实施卸压解危措施。
3.2防治方案
本工作面回采期间主要通过大直径钻孔卸压进行冲击地压的防治。煤层大直径深孔卸压参数主要包括钻孔深度、孔间距、孔口高度和钻孔直径。钻孔深度应保证卸压后煤层处于近乎三向应力状态和煤体不易冲出（阻力大于冲出力）；孔间距需根据煤层埋藏深度、煤层硬度、冲击危险程度等确定： 为防止机道的应力集中，对机道超前300m范围实施煤层大直径150mm钻孔卸压工作，始终将打钻卸压范围控制在工作面超前压力影响范围以外，保证治理效果。弱冲击危险区，孔深为25m，钻孔直径110～150mm，孔间距3m；中等冲击危险区，孔深为25m，钻孔直径110～150mm，孔间距2m；强冲击危险区，孔深为25m，钻孔直径110～150mm，孔间距1m。
对于弱危险区，需采用钻屑法检验，对钻屑量和钻屑过程中的动力现象进行综合分析，若发现钻屑量超标或存在动力现象（震顶、煤炮。冲击等），即按照中等冲击危险区参数进行卸压。
如果钻孔卸压效果不理想，则采用加密钻孔密度、爆破卸压（需制定专门措施）、煤层注水等手段加强卸压力度，直到符合防冲要求为止。
4 结论
（1）工作面回采期间，覆岩结构对冲击地压影响较大。尤其是当单工作面见方、双工作面见方、三工作面见方期间，覆岩运动剧烈，有很大的冲击危险性，应做好防冲措施，保证左面安全施工。
（2）工作面回采期间，受断层影响较小。但在工作面前方仍会有应力集中区，有发生冲击地压的可能，应做好安全防护措施。
（3）工作面回采期间，主要采用钻屑法和大直径钻孔卸压进行冲击地压的监测和防治。为保证工作面安全高效生产还应配合应力在线监测、煤层注水、爆破卸压等方法进行冲击危险监测和防治。
参考文献：
[1]刘晓斐，王恩元，赵恩来，等.孤岛工作面冲击地压危险综合预测及效果验证[J].采矿与安全工程学报，2010，27（2）：215-218.
[2]蔡贵文.孤岛工作面冲击地压防治措施[J].煤，2017，26（8）：100-102.
[3]韩加红.厚层软弱顶板巷道综合支护技术研究[J].煤炭科学技术，2016，44（09）：77-82.
[4]孟庆彬，韩立军，乔卫国等.极弱胶结地层开拓巷道围岩演化规律与监测分析[J].煤炭学报，2015，40（01）：11-23.
[5]王庆雄.5m大采高工作面过断层矿压显现规律研究[J].煤炭科学技术，2015，43（05）：22-25.
关键词：覆岩运动；冲击地压；断层
1工程背景
三四区二段工作面位于峻德煤矿三水平北17层，工作面走向长1080m，倾斜长176m。上段是三水平北17层三四区一段采空区，属于一侧采空开采，下部未开采。工作面上覆邻层为11层煤，层间距117～191m，工作面已开采完毕；下伏邻层为21层煤，层间距95～126m，尚未开采。工作面中部正上方有一、二水平3层、9层和11层煤遗留的孤岛煤柱四处。工作面北部为井田边界断层F1，该断层为正断层，走向NE，倾向NW，倾角15°-25°，水平断距280-350m；南部为L1断层，该断层为正断层，走向为NE、倾向为NW、倾角25°-35°、水平断距130-160m；该工作面上部为F7正断层，走向呈弧形、倾角15°-22°、水平断距160-270m。工作面具体布置方式如图1所示。
2冲击危险性分析
工作面在回采过程中，主要受开采深度、顶板岩层结构、煤冲击倾向性、构造影响和开采因素几个方面的影响，可能会引发冲击地压。本文着重对顶板岩层结构特征以及构造影响对本工作面进行冲击危险性分析。
2.1覆岩空间结构运动与动力灾害关系分析
本工作面平均埋深638m，此时决定工作面周围矿山压力显现程度的是覆岩空间结构。工作面回采时形成的覆岩空间结构为“S”型，随着工作面的不断推进，“S”型空间覆岩结构会周期性的破坏、形成，覆岩空间结构的运动将产生较大的矿压影响。
本工作面斜长176m，当工作面推进至距切眼176m时，采空区“单见方”。采场将形成“S”型覆岩空间结构，如图2示。覆岩空间结构运动易造成工作面来大压，并诱发两侧巷道附近区域发生冲击地压。上端头超前影响距离约为100m，机道超前影響距离约为100m，取工作面第一次见方时煤体应力集中系数为1.5。
当工作面推进至距切眼340m左右时，本工作面与三水平北17层三四区一段采空区上覆岩层同时运动，顶板破裂高度增加一倍，两个采空区形成的“S”型覆岩空间结构影响范围和动压显现也有所增加。据此，划定工作面上端头超前影响距离为100m，机道超前影响距离为100m，取工作面第二次见方时煤体应力集中系数为1.7。
当本工作面推进至距切眼470m左右时，本工作面与西侧两个采空区上覆岩层同时活动，顶板破裂高度继续增加，更高层位岩层形成的“S”型覆岩空间结构影响范围更大，动压显现更加强烈。划定工作面上端头超前影响距离为100m，机道超前影响距离约为100m，取工作面第三次见方时煤体应力集中系数为1.7。
由于本工作面上覆岩层为强度较大的砂岩层组，在经历三工作面见方后，顶板破碎高度达到最大，破裂带上方砂岩层裂隙不再发育。此后，随着工作面继续推进，上覆岩层破裂高度不再继续增加，因此本工作面的“S”型覆岩空间结构也不会继续向上扩展，而是周期性地断裂、重新形成。
2.2断层对工作面冲击危险影响分析
本工作面煤层埋藏较稳定，地质构造简单，煤层为单斜构造。根据现有资料，在切眼和回风道交叉口以南有断层P34穿过，最大落差8m；设计停采线与机道交叉口距L1断层最小平面距离为50m，由于L1断层最大水平断距160m。由于落差较大，断层有切割岩层的作用，在回采过程中，开采活动会将断层构造应力释放，构造应力与工作面超前支承压力形成应力叠加区，有形成冲击地压的可能。
由于断层P34最大落差8m，应力集中系数k取1.3，单侧影响范围L取60m，实际对回风道影响距离为自切眼向外90m，对机道影响范围为自切眼向外10m；断层L1最大落差160m，应力集中系数k取1.5，单侧影响范围L取100m，实际对机道影响距离为自停采线向里40m，由于距回风道最小平面距离超过160m，即回风道不在断层L1的影响范围内，如图3示。
3 工作面冲击地压监测与控制措施
3.1监测方案
本工作面在回采期间主要通过钻屑法进行冲击预警防范。具体监测方法是通过ZQS-50风煤钻、Φ42mm套节麻花钎子配Φ42mm钻头打眼，从孔口开始每米收集一次煤粉，并用弹簧秤称量其重量记录在记录表上。每打完一个孔，必须立即将结果填入记录表。布置方式为钻孔布置在回风道下帮时，钻孔水平布置，孔口距底板0.5～1.0m；钻孔布置在机道上帮时，钻孔仰角沿煤层倾斜向上布置，孔口距底板0.8～1.0m；回风道、机道监测孔深都为15m。
监测期间，结合检测实际煤粉量达到或超过极限（危险）煤粉量、颗粒直径大于3mm煤粉含量超过每米实际煤粉量30%、孔内冲击、卡钻、煤炮等强烈动力效应及指标，进行冲击地压危险程度评价和预警，当综合评价煤体具有冲击危险时，立即停止作业，实施卸压解危措施。
3.2防治方案
本工作面回采期间主要通过大直径钻孔卸压进行冲击地压的防治。煤层大直径深孔卸压参数主要包括钻孔深度、孔间距、孔口高度和钻孔直径。钻孔深度应保证卸压后煤层处于近乎三向应力状态和煤体不易冲出（阻力大于冲出力）；孔间距需根据煤层埋藏深度、煤层硬度、冲击危险程度等确定： 为防止机道的应力集中，对机道超前300m范围实施煤层大直径150mm钻孔卸压工作，始终将打钻卸压范围控制在工作面超前压力影响范围以外，保证治理效果。弱冲击危险区，孔深为25m，钻孔直径110～150mm，孔间距3m；中等冲击危险区，孔深为25m，钻孔直径110～150mm，孔间距2m；强冲击危险区，孔深为25m，钻孔直径110～150mm，孔间距1m。
对于弱危险区，需采用钻屑法检验，对钻屑量和钻屑过程中的动力现象进行综合分析，若发现钻屑量超标或存在动力现象（震顶、煤炮。冲击等），即按照中等冲击危险区参数进行卸压。
如果钻孔卸压效果不理想，则采用加密钻孔密度、爆破卸压（需制定专门措施）、煤层注水等手段加强卸压力度，直到符合防冲要求为止。
4 结论
（1）工作面回采期间，覆岩结构对冲击地压影响较大。尤其是当单工作面见方、双工作面见方、三工作面见方期间，覆岩运动剧烈，有很大的冲击危险性，应做好防冲措施，保证左面安全施工。
（2）工作面回采期间，受断层影响较小。但在工作面前方仍会有应力集中区，有发生冲击地压的可能，应做好安全防护措施。
（3）工作面回采期间，主要采用钻屑法和大直径钻孔卸压进行冲击地压的监测和防治。为保证工作面安全高效生产还应配合应力在线监测、煤层注水、爆破卸压等方法进行冲击危险监测和防治。
参考文献：
[1]刘晓斐，王恩元，赵恩来，等.孤岛工作面冲击地压危险综合预测及效果验证[J].采矿与安全工程学报，2010，27（2）：215-218.
[2]蔡贵文.孤岛工作面冲击地压防治措施[J].煤，2017，26（8）：100-102.
[3]韩加红.厚层软弱顶板巷道综合支护技术研究[J].煤炭科学技术，2016，44（09）：77-82.
[4]孟庆彬，韩立军，乔卫国等.极弱胶结地层开拓巷道围岩演化规律与监测分析[J].煤炭学报，2015，40（01）：11-23.
[5]王庆雄.5m大采高工作面过断层矿压显现规律研究[J].煤炭科学技术，2015，43（05）：22-25.