新兴煤矿冲击危险性影响因素分析

绳金龙

黑龙江龙煤七台河矿业有限责任公司新兴煤矿 154600

0 前沿

冲击地压是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。它具有突发性、部位集中性、时间集中性与延续性、弹射性等特征，在发生的过程中经常造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，并诱发其他次生灾害（例如瓦斯突出等），严重的冲击地压可测到4.6级的震级，烈度达7-8度。

黑龙江龙煤七台河矿业有限责任公司七台河分公司新兴煤矿位于七台河矿区西部，矿井生产能力为1.5Mt/a，矿井划分为三个水平分别为-25m水平、-300m水平、-600m水平，其中-25m水平已开采结束，-300m水平正在开采，-600m水平正在开拓作业。68^#煤层为具有弱冲击倾向性的煤层，针对新兴煤矿68^#煤层进行冲击危险性影响因素分析，为冲击地压煤层管理提供依据，并以此为基础进行防冲设计编制、冲击危险区域预测、防冲制度和规划编制等，最终实现正常采掘作业。

2 冲击地压影响因素分析

2.1 地质因素分析

影响煤矿冲击地压发生的地质因素主要有开采深度、煤岩体的自身物理力学特性以及开采煤层的地质构造。原岩应力主要由岩体的自重应力和残余构造应力组成，其决定了煤岩体中存储弹性能的能力，是对冲击地压影响最大、最基本的因素。

2.1.1 开采深度影响分析

根 据国内外矿山开采实践，在开采深度H达到200m以上时就有发生冲击地压的可能（例如，门头沟），随着开采深度的增加，煤层中的自重应力随之增加，煤岩体中聚集的弹性能也随之增加，发生冲击地压的可能性也越大。根据已有生产经验和研究成果，当开采深度H≤350m时，发生冲击地压的可能性较小；350m＜H≤500m时冲击地压发生可能性逐步增加；H＞500m时，随开采深度增加，发生冲击地压的次数和危险性急剧加大，见图2-1。

W/t

H/m

图2-1 采深与冲击地压关系图

新兴煤矿68^#煤层是新兴煤矿重要的可采煤层，开采范围主要集中在五采区，根据地质地形图，新兴煤矿生产接续图，新兴煤矿地表井口标高约190m，目前，左二片正在开采，最深的开采标高为-361m，根据新兴煤矿生产接续图，三水平左二片对应地表标高约+203m，由采深与冲击地压关系可知，现阶段该矿68^#煤层开采深度为564m，冲击指数（Wt）约为0.09。

2.1.2 煤岩体物理力学性质影响分析

煤岩体的物理力学性质对冲击地压的发生具有显著影响，煤（岩）介质产生动力破坏的固有属性，是发生冲击地压的必要因素之一。根据相关国家标准，煤样的动态破坏时间D_T、弹性能量指数W_ET、冲击能量指数K_E、单轴抗压强度D_C四项指标是综合判别煤的冲击倾向的实验方法。

以往研究结果显示，随着煤体单轴抗压强度的增加，煤样发生冲击破坏的最小应力呈降低趋势，在应力降△σ=7.5MPa的情况下煤体单轴抗压强度与发生冲击破坏最小应力之间的关系如下：

（1）：煤的单向抗压强度R_C>20MPa时，煤体发生冲击破坏的最小应力水平为50MPa；

（2）煤的单向抗压强度R_C<16MPa时，煤体发生冲击破坏的最小应力水平为70MPa；

（3）煤的单向抗压强度R_C＝16～20MPa时，发生冲击破坏的最小应力水平为50～70MPa。

由《新兴煤矿三水平68^#煤岩冲击倾向性鉴定报告》结果可知：新兴煤矿68^#煤层煤样平均单轴抗压强度R_c=9.93MPa。

2.1.3 顶板条件影响分析

根据煤矿安全规程第二百三十四条，以砂岩为标准的顶板岩层厚度特征参数L_st作为顶板岩层对煤体冲击危险性影响的判别系数，即对煤层上方100m范围内的不同分层按照相对若面系数进行累加，可得到顶板岩层厚度特征参数。

式中h_i为顶板在100m范围内第i种岩层的厚度；

r_i为岩层的弱面递减系数。

若定义砂岩的强度系数和弱面系数为1.0，则煤系地层各岩层的强度比和弱面递减系数见表2-1。

表2-1 煤系地层岩层的强度比和弱面系数

岩层	砂岩	泥岩	页岩	煤	采空区冒矸
强度比	1.0	0.82	0.58	0.34	0.2
弱面递减系数比	1.0	0.62	0.29	0.31	0.04

从统计分析结果看，冲击矿压经常发生在具有坚硬顶板岩层的顶板条件下，且其顶板岩层厚度参数值为L_st≥50。根据地质报告提供的柱状图和工程实际揭露情况，新兴煤矿68#煤层上覆100m范围内多为砂岩，较坚硬，是影响该煤层冲击地压危险性的主要影响因素。

2.1.4 地质构造影响分析

煤岩体中的应力条件是影响冲击地压的最主要因素，而煤岩体中的应力状态与煤岩物理力学性质有关，而且直接受煤岩体中地质构造的影响。在断层、褶曲、背向斜、煤层厚度变化带及岩性变化带附近，存在地质构造应力场，通常使煤岩体的构造应力尤其是水平构造应力增加，可直接导致冲击地压发生。

褶曲是煤岩体在水平应力作用下挤压形成的，一般情况下褶曲区域具有较高的水平应力，在褶曲边缘区域，煤层走向和倾向变化处，尤其是向斜轴部升起的转折处容易发生冲击地压事故，具体见图2-2所示。

图2-2 褶曲受力状态及冲击地压危险示意图

断层面（带）与工作面之间的中间区域为应力叠加高峰区，如果断层本身属于容易积聚能量的类型，则叠加后的应力高峰区位置同样容易积聚更大的能量。据现有研究成果，当工作面推进断层构造时，相当于工作面单边卸压，形成高应力差，存在诱发冲击地压的可能。

断层处岩层的不连续性导致断层本身的不稳定性，随着采掘工作面的推进，其超前支承压力的影响范围不断向前发展，当达到断层影响区域后，断层两侧本身的残余构造应力与工作面超前支承压力叠加，使断层附近的支承压力增高，形成新的高应力区，如图2-3所示。

图2-3 超前支承压力与断层构造应力叠加示意图

新兴矿位于勃利煤田弧形构造西翼，区内地层总体向南倾斜，煤层走向由N60°W渐变为EW方向，煤层倾角由北向南逐渐变大，井田北部煤层倾角一般在7-11°，井田中部煤层倾角15-20°，井田南部煤层倾角20-30°，整个井田为一向南倾斜呈弧形展布的单斜构造。其中68号煤层左二片工作面主要受到以下两个断层的影响：

F₄正断层转逆断层：走向ES，倾向SW，倾角56°。

F₈正断层：走向ES，倾向N，倾角30°，落差10~30m

同时，由于小型构造发育具有局部性和随机性，在井田勘察阶段很难遇到或难以被识别，而在矿井生产中则会遇到，在准备不充分的情况下容易诱发冲击地压事故。因此，在矿井生产中应加强井下小构造的超前探测。

至2021年12月底，根据新兴煤矿采掘工程平面图、地形地势等高线图、生产接续图，68^#煤层计划施工和回采的工作面埋深，按工作面参数可计算得出自重应力，由于构造作用，造成煤层垂直应力比自重应力大，由地应力反演结果得出各工作面所在位置垂直应力，见表2-2。

表2-2 68^#煤层各工作面垂直应力概况

序号	采区	工作面	工作面采深（m）	自重应力 （MPa）	反演垂直应力 （MPa）
1	五采区	左二片	564	11.05	13.80

2.1.5 煤层厚度变化影响分析

根据统计分析，冲击危险程度与煤层厚度及其变化密切相关。厚煤层较容易发生冲击地压，但是煤层厚度的变化对冲击地压的影响，往往要比厚度本身更为重要。冲击地压往往发生在煤层厚度变化处，特别是由厚向薄回采到煤厚变化区时，由于煤壁前方积聚的冲击能量会突然急剧增加，煤体产生非稳定性失稳破坏时，极易引发大范围的冲击破坏，如图2-4所示。

a 由厚向薄推进 b 由薄向厚推进

图2-4 超前支承压力与断层构造应力叠加示意图

煤层局部厚度的不同变化对应力场的影响规律为：

1）煤厚变薄区的原岩应力比变厚区大，煤厚减小率或岩煤弹性模量比越大，两区域原岩应力的差值就越大，即应力梯度越大。

2）当工作面由厚向薄回采时，超前支承压力由变厚区向变薄区传递，处于弹性平衡状态的煤体承受的应力越高，存储的弹性形变能就越高，而煤厚变薄区的应力比变厚区大，所以煤厚变薄区存储的能量较变厚区高，但能量的传递方向是从高到低，故而超前支承压力传递到煤厚变薄区是无法正常传递，造成与应力不断叠加，形成第2峰值应力。在煤壁前方两个峰值应力区会形成两个高能区，造成存储的冲击能量较高，当冲击地压发生时，第2峰值应力区形成的高能区会阻碍冲击能量向煤壁深部传递，产生的冲击能量将主要向巷道或者工作面临空面释放，冲击地压的影响范围较大。

3）当工作面由薄向厚回采时，超前支承压力的传递方向是由变薄区想变厚区，能够正常传递，仅形成一个峰值应力。煤壁前方仅存在一个高能区，存储的冲击能量较由厚向薄回采时低，而发生冲击灾害时，产生的冲击能量一部分向巷道或者工作面临空面释放，另一部分向煤壁深部传递，故而冲击范围较有厚向薄回采时小。

五采区68^#

煤层回采工作面煤层厚度沿倾斜方向变化，走向较稳定，回采过程中加强观测，采取防冲措施，防止发生冲击事故。

3 地应力场分布规律研究

3.1 新兴煤矿地应力分布规律研究

初始地应力是指地壳岩层未受人为工程扰动处于原始状态的内在应力，煤矿开采过程中，地应力是导致各种矿山压力显现的来源，也是决定工程煤岩体力学行为的主导因素。地应力场是影响煤炭地下开采工程的外部力学环境，了解其分布情况是合理确定采场布局、开采程序、巷道支护形式及参数等的重要条件。可见，掌握地应力分布规律是确定采矿工程岩体属性、实现工程开挖设计和决策科学化的必要前提。

随着我国煤炭资源持续开采，煤矿开采深度逐年増加。矿井下延过程中，地应力逐渐升高，巷道破坏严重、底板突水、煤与瓦斯突出及冲击地压等事故呈现上升趋势，重大冲击地压、煤与瓦斯突出事故时有发生，造成严重的经济损失和不良社会影响。这些灾害事故的发生与高地应力的根本力源作用有着内在的联系。因此，对地应力场的研究是安全高效生产的根本需要。

目前，获取矿井局部地应力最直接的方式是现场原位测量。由于现有测量方法成本高、周期长和矿井现场测试环境复杂等特点，无法进行大规模、高密度的测量。此外，地应力场的影响因素众多，煤矿井下地质条件复杂多变，实地测量只能获得局部地应力情况，有限的测量数据无法准确反映大范围井田应力场情况，难以满足矿井工程设计和施工的需要。鉴于此，在充分考虑现场工程地质条件的基础上，利用有限的地应力测量成果，采用科学的反演方法得到较为准确的井田地应力场具有重要的理论价值及工程实践意义。

目前，地应力场反演方法众多，按照时间先后顺序主要有海姆法则、侧压力系数法、边界载荷调整法、应力函数法、位移函数法、回归分析法、神经网络法、遗传算法等。其中多元线性回归分析方法，能够反映地形地质条件和岩体的结构形态，是目前工程中比较成熟且精确的地应力反演方法。

3.2 多元线性回归分析基本原理

3.2.1基于多元回归理论的地应力场回归分析原理

假设实测初始地应力场及其所反映的初始地应力场σ是下列变量的函数：

（3.1）

式中σ——初始地应力值，三维情况下表示六个应力张量；

x，y，z——地形和地质体空间坐标系，可从勘查报告中得到；

E，μ，ρ——为岩体弹性模量、泊松比和密度，它们在地下各点处不尽相同，但它们不随应力大小及加荷过程变化，可用测试方法求得；

∆——为自重因素；

U，V，W为地质构造因素；

T为温度因素。

在各待定因素作用下，使计算域内产生σ_∆，σ_U，σ_V，σ_W，…，并称为基本初始地应力。将基本初始地应力乘以系数即为实际初始地应力。

3.2.2 地应力多元线性回归模型

根据多元线性回归原理，构建初始应力场与子应为场（自重应力场和5个子构造应力场）的函数关系，将初始地应力场作为函数因变量，子应力场作为函数自变量，按弹性工作状态下的线性叠加原理得出如下函数关系：

（3.2）

上式可简写为式

（3.3）

式中，k为观测点数量，i、j=1~6，为应力分量， 为k观测点j应力分量的大小；C₀、C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆为待求的应力场各子应力场的权重系数， 、 、 、 、 、 、 分别为k测点6个应力场对应的j应力分量；ε为计算误差。

上述回归模型成立需满足以下三个条件：

（1）ε是因变量 的误差，是相互独立的随机变量，

（2）观测相互独立， 之间的协方差关系式为

（3） 服从正态分布。

基于实测地应力数据，以工程区域的地质构造、地形和地貌为前提，该方法计算步骤分为五步：

（1）依据地质勘察报告中所测得的实测资料、工程剖面图和平面布置图等材料创建三维有限元数值计算模型；

（2）用三维有限元模型进行前述的6种初始的基本工况的计算，获得每个因素作用下所有测点位置的系统响应，也就是获得每个应力实测点处的六个应力分量值；然后根据应力插值法得出各个实测点位置的应力分量；

（3）在各个测点的计算应力分量值和实测应力分量值之间创立多元回归方程，这里使用统计分析中的最小二乘法，根据这种方法得到各因素对地应力场的影响权重系数，然后再对各个因素进行回归显著性检验分析，然后将显著度不高的因素去除；

（4）将剩余的对地应力场分布显著度高的因素再重复做一次回归分析，得到各因素对地应力场的影响权重系数；

（5）依据权重系数，再做一次边界位移合成计算，调整各个工况施加的位移边界条件，重新施加到三维有限元数值计算模型上，通过计算分析得出岩体初始地应力场的应力分布特征和各个实测点处的地应力计算值。

3.2.3 回归系数 的确定

式 即为地应力场回归方程，其中 为子应力场权重系数，即回归系数，n为子应力场数，代表了自重和构造运动基本运动模式的种类。记第k个测点的实测地应为j分量值为 ，（j=1,2, …,6；k＝1,2, …,m），m代表地应力总测点的个数；回归的目的是使m组实测值 和数学模型计算值 相等，对于每一个子应力分量 ，按弹性体线性叠加原理写出 函数关系，写出观测值与计算值偏离程度的平方和表达式，及实测分量 与回归计算值 之差等平方和表达式：

（3.4）

已知上式越小越逼近真实值，根据最小二乘原理，上式中对 取偏导数并令其为零，则

（3.5）

上式整理后即可得到回归系数 的线性方程组矩阵：

（3.6）

根据矩阵理论，上述方程组有唯一解，从而确保了回归系数解的唯一性，可得到n+１个待定回归系数

3.2.4回归效果评价

对回归方程和回归系数的显著性检验主要包括回归效果的显著性检验和回归系数的显著性检验。

在回归分析中，定义

（3.7）

残差平方和

（3.8）

_{总偏差平方和}

（3.9）

_{复相关系数}

（3.10）

复相关系数反映了引入回归方程中的所有自变量的“方差贡献”，0≦R≦1。R越接近1，说明回归效果越好。

3.3 新兴煤矿地应力反演

3.3.1 地应力反演范围分析

三维地应力场反演数值模型范围的选取，需要考虑实测点位置、模拟精度、地质资料是否齐全等多方面因素。一般来说，选取范围在保证实测点在内的前提下应尽量缩小，这样将会提高模拟结果的准确性，但过小的范围无法满足指导现场工程的要求，实际意义不大。因此，模型选取范围要大小适宜，既能充分保证地应力场模拟结果的准确性，又能对现场工程实践具有很好的指导意义。计算域的确定应遵循以下2个原则：（1）几何范围应包括工程需要的区域，且易适当增大，减少计算域边界条件对所求区域的影响；（2）边界处几何约束条件须易于确定。根据新兴矿煤层及巷道的布置及初始地应力测点的位置，本次模拟选取包含了大部分巷道及采区的区域，矿区宽度7000m，长度3500m，深度1020m，见图3-1。

图3-1 新兴矿地应力反演区域

3.3.2 矿区岩层的简化

根据勘察报告和各岩层的力学性质，结合新兴煤矿综合柱状图，将反演区域的岩层至上而下简化分为：

第一层；46层煤顶板，厚度为398m。

第二层；49层顶板，砂质泥岩与砂岩互层，厚度66m。

第三层：49号煤层，厚度0.6m。

第四层：49层煤底板，中砂岩、细砂岩和泥质砂岩互层，厚度约60.82m。 第五层：中砂岩、细砂岩、泥岩和泥质砂岩，厚度约37.11m。

第六层：岩性中部较粗，上下部岩性较细，以灰黑色粉砂岩及粉细砂岩互层为主，厚度大于85.55m。

第七层：岩性中部较粗，上下部岩性较细，以灰黑色粉砂岩及粉细砂岩互层为主，厚度46.04m。

第八层：本段岩性较细，以灰黑色的粉砂岩粉细砂岩互层为主底部之厚层粗砂岩为普遍发育的砂岩层有的含砾。是重要对比标志。本段含薄层凝灰岩2-3层，其中以互61层底板凝灰岩发育较好，可能为对比标志。中砂岩、细砂岩和泥质砂岩互层，厚度约78.27m。

第九层：本段岩性较细，以灰黑色的粉砂岩粉细砂岩互层为主底部之厚层粗砂岩为普遍发育的砂岩层有的含砾。是重要对比标志。本段含薄层凝灰岩2-3层，其中以互61层底板凝灰岩发育较好，可能为对比标志。63煤顶板，中砂岩、细砂岩、泥岩和泥质砂岩，厚度约111.77m。

第十层：63煤层粉砂岩，厚度大于0.9m。

第十一层：63煤层底板，粉砂岩，厚度大于79.46m。

第十二层：67煤层，厚度0.9m。

第十三层：67煤层底板，粉砂岩，厚度大于17.2m。

第十四层：68煤层，厚度0.8m。

第十五层：68煤层底板，粉砂岩，厚度大于62.02m。

第十六层：底部基岩粉砂岩，厚度：42.9m。

第十七层：底部基岩粉砂岩，厚度：0-981m。

3.3.3 地应力分量的转换

由于各测点在大地坐标系中坐标数值较大，不利于建立模型和计算，因此采用笛卡尔相对坐标系，将原点建在（44410000，5068600，1020）。因为本次反演需每个测点的6个应力分量，而工程地质资料，只给了三个主应力、在水平面投影与正北向的夹角

α和主应力的仰角β，故还需转换。

在地应力场回归分析中，以计算坐标系xyz中坐标应力分量为基本对象，而地应力实测值是按主应力平面方位和倾角给出的，首先计算实测主应力与坐标轴之间的方向余弦：

（3.11）

式中；L_i、M_i、N_i分别为σ_i对x、ｙ、ｚ轴的方向余弦，β_i为σ_i与水平面之间的夹角，α_ix为σ_i与x轴正向x之间的夹角。

根据每组实测主应力量值及方向余弦，由下式将主应力转换成计算坐标应力：

（3.12）

将表3-1中各测点的地应力转化为本次有限元计算坐标系下的应力分量，转换结果如表3-2所示。

表3-1 地应力实测结果

钻孔位置	深度（m）	测点号	主应力				垂直应力（MPa）
			主应力	大小（MPa）	方位角（°）	倾角（°）
新兴-600西六区主运巷	807.4	1#	σ1	28.54	172	1.65		20.19
			σ2	14.19	84.15	-37.39
			σ3	13.93	260.74	-52.56
新兴-600五采区三水平变电所	780	2#	σ1	26.81	154.57	7.67		19.5
			σ2	13.56	44.91	68.19
			σ3	12.32	247.42	20.29
		3#	σ1	27.09	160.82	1.7		19.5
			σ2	13.51	72.22	-39.49
			σ3	13.30	248.76	-50.47

表3-2 地应力转化结果

测点	X（m）	Y（m）	Z（m）	σx（MPa）	σy（MPa）	σz（MPa）
新兴-600西六区主运巷	46.83	2025.71	213	28.30	14.31	14.03
新兴-600五采区三水平变电所	3606.57	1576.86	240	24.01	15.05	13.65
新兴-600五采区三水平变电所	3568.96	1577.10	240	25.60	14.90	13.39

3.3.4 多元回归方法

多元回归方法是建立在弹性力学叠加原理基础上，由于天然应力状态下，可假设岩体处于平衡状态且无持续的塑性变形增加，将地质体所受的复杂地应力分解为几种简单的边界应力形式，通过在边界施加单位荷载获得内部单元的基本初始应力，然后将基本初始应力当做自变量，实测地应力当做因变量进行逐步回归分析求解回归系数。

影响初始地应力场的因素很复杂，其中涉及地形、岩性、地质、地温及地下水等。以往大量研究表明，自重与地质构造作用是主要因素，其他因素可忽略不计。将岩体自重与地质构造运动作为待回归的基本影响因素。

本文确定6种因素作为回归岩体初始地应力场的基本影响因素：（1）自重应力状态；（2）平行y轴水平挤压构造应力；（3）垂直y轴线水平挤压构造应力；（4）水平面内的均匀剪切变形构造运动（本文计算坐标系的xy平面）；（5）xz平面内的竖向均匀剪切变形构造运动（计算坐标系内）；（６）yz平面内的竖向均匀剪切变形构造运动（计算坐标系内）。

六种构造运动可简化为如图3-2所示边界应力形式。本文所用边界位移法在FLAC中采用如下的实现方式；

（1）自重应力状恣模拟，约束模型Y向、X向及底部边界法向位移；给定重力加速度9.8；给定各类岩层密度及力学参数；根据弹性本构模型计算得到各个地应力实测点处的响应应力。

（2）x轴向挤压构造运动见图3-2a，约束模型底部、Y向边界及X向右侧边界法向位移；在X向左侧边界节点施加均匀法向位移，大小为0.1m；根据弹性本构模型计算得到各个地应力实测点处的响应应力。

（3）y轴向挤压构造运动见图3-2b，给定地下水位曲面及源汇边界；约束模型底部、X向边界及Y向右侧边界法向位移；在Y向左侧边界节点施加均匀法向位移，大小为0.1m；根据弹性本构模型计算得到各个地应力实测点处的响应应力。

（４）xy平面剪切构造运动见图3-2c，约束模型底部、X向及Y向边界法向位移；在模型垂直X的边界上施加Y向切向位移，大小为0.1m；根据弹性本构模型计算得到各个地应力实测点处的响应应力。

（5）xz平面剪切构造运动见图3-2d，约束模型底部、X向及Z向边界法向位移；在模型垂直X的边界上施加Z向切向位移，大小为0.1m；根据弹性本构模型计算得到各个地应力实测点处的响应应力。

（6）yz平面剪切构造运动见图3-2e，约束模型底部、Z向及Y向边界法向位移；在模型垂直Z的边界上施加Y向切向位移，大小为0.1m；根据弹性本构模型计算得到各个地应力实测点处的响应应力。

（a） x轴构造应力 （b） y轴构造应力

（c） xy剪切应力 （d） yz轴构造应力

（e） xz轴构造应力

图3-2 岩体初始地应力场

3.3.5 模型的建立

由于本次模拟分析范围较大，宽度7000m，长度3500m，深度1020m，如果网格划分不合理则给后期计算带来困难，甚至不能进行计算。为了在保证计算精度的同时降低计算量，采用渐变网格的方式划分，在地应力实测点部化先建立硬点，然后在此基础上建立面与体，而后进行划分。划分完成后共生成节点32650个，划分单元数为24650个。三维网格如图3-3所示。

图3-3 三维模型图

3.3.6 岩体本构模型与参数

为满足多元线性回归的线性可叠加原理及客观实际，故反演计算过程中采用了摩尔库伦模型，用于模拟构造各种荷载对区域地应力的共同作用，依据龙河煤矿不同地层岩性岩体物理力学参数表计算岩体力学参数值按表3-3取值。

表3-3 煤岩物理力学参数

岩性	密度 /kg·m-3	体积模量 /GPa	剪切模量 /GPa	摩擦角 /°	粘结力 /MPa	抗拉强度 /MPa
砂质泥岩 砂岩 49号煤层	2450 2530 1400	19.12 18.24 9.12	11.85 15.73 2.85	32 31 34	17.2 15.2 0.7	3.2 2.9 1.6
细砂泥岩	2555 2530	21.89 29.2	14.7 33.9	42 39	17.1 15.65	3.7 3.6
粉砂岩	2450	21.89	24.7	22	18.52	2.6
中砂岩		39.2	43.9	42	17.65	3.6
63煤层 67煤层	1400 1400	10.11 8.24	5.9 7.7	37 32	0.62 0.65	1.5 1.6
68煤层	1400	8.89	4.7	35	0.65	1.6
粉细砂岩	2580	20.11	16.9	27	12.52	2.9

3.3.7 数值计算及结果

根据反演思想及步骤，编写子应力场计算文件，将模型文件和计算文件导入FLAC^3D软件进行计算，如用第一个子应力场导入FLAC^3D生成始应为场，提取测点单元6个应力分量，按相同程序将6个子应力场分别导入后，提取各测点6个应力分量，并进行线性叠加，与实测值组成回归方程，应用SPSS软件求解回归系数，得出均质各向同性条件下对应的地应为回归方程。将最终得到的回归方程写入嵌入FLAC^3D计算程序，实现单元应力的计算。计算结果如图3-4所示。

图3-4 Z方向的应力云图

3.3.8 地应力反演效果评价

表3-4列出了测点实测地应力与回归应力方程得出的计算应力的对比关系数据。由表可以看出，无论是应力值还是应力方向上，计算值与实际值的相对误差基本保持在10％以内。可见计算结果与实际结果有较高的拟合度，整体看反演结果比较理想。

由以上获得的自重应力和构造应力作用下的应力场和回归系数，按照公式计算整个计算区域内各点的回归应力值，形成反演应力场。

表3-4 地应力实测结果与反演结果对比

测点	名称	最大主应力（σmax）	中间主应力（mid）	最小主应力（min）
		数值/MPa	数值/MPa	数值/MPa
1	实测值	28.31	19.50	14.32
1	计算值	26.00	18.26	13.50
1	相对误差/%	8.16	6.36	5.73
2	实测值	24.02	19.50	15.05
2	计算值	23.60	19.80	16.30
2	相对误差/%	1.75	1.54	8.31
3	实测值	25.60	19.50	14.90
3	计算值	23.00	19.90	15.50
3	相对误差/%	10.16	2.05	4.03

图3-5~3-7分别给出了应力云图，位移云图和矢量图等，通过分析获取整应力场、位移场及运动场的变化规律，为现场支护、稳定性控制及危险区域划分提供一定的基础。

4

3

2

1

图3-5 地应力反演应力云图

对x方向、y方向及z方向的应力场和位移场进行切片，利用tecplot360软件对切片结果进行整合，将各个方向的应力场和位移场划分成了四个象限，应力场第一象限水平构造应力大，应力场在第二象限水平构造应力较大，应力场在第三象限水平构造应力较小，应力场在第四象限水平构造应力较小，垂直应力受到构造应力的影响，不在呈现与埋深呈现正比例关系，如图3-5所示。

3

1

4

2

图3-6 地应力反演位移云图

图3-7 地应力反演矢量图

位移场也呈现分区的特征，在一定范围内位移场在y方向呈现先增大后减小在增大的变化规律，部分区域y方向位移场较稳定。垂直方向的位移在横向和纵向存在较大的区别，x方向呈现条带的变化，y方向呈现较大的数值，如图3-6所示。矢量图呈现由内向外，由下向上，局部弯转的变化规律，如图3-7所示。应重点控制第一象限和第二象限内围岩，以保证开采过程中的安全稳定。

3.4 煤矿煤层三维应力场分布特征

井田内地质构造属于简单类型，未发现褶皱构造和岩浆侵入体，整体看来构造对其地应力场分布影响较小，因此，煤层以垂直应力为主，故以下仅针对垂直应力，对新兴煤矿应力场分布特征进行分析。图3-8为煤矿垂直应力场分布情况，由垂直应力水平整体上呈现北高南低的分布规律，西北区和西南区域呈现地应力的特征，这与新兴煤矿煤层的地层情况相一致。

根据新兴煤矿采掘工程平面图和地形地势等高线图，五采区68^#煤层埋深564m，计算可得该煤层自重应力平均值为11.05MPa。由于构造作用，造成煤层垂直应力比自重应力大，由地应力反演结果可知，煤矿平均垂直应力为13.8MPa。由此可以计算出：

图3-8 Z方向的应力分布规律

4 煤层冲击危险性评价

根据天地科技股份有限公司等单位编制的《黑龙江龙煤七台河矿业有限责任公司新兴煤矿三水平68^#煤岩冲击倾向性鉴定报告》，结合结合新兴煤矿生产接续图、新兴煤矿采掘作业规程等资料，从地质方面因素和开采技术方面因素出发，对新兴煤矿三水平68^#煤层冲击危险性评价。

本报告按照《防治煤矿冲击地压细则》第十五条相关规定，采用综合指数法对新兴煤矿三水平68^#煤层冲击危险性进行评价。

4.1 综合指数法

影响冲击地压的主要因素有地质方面的因素和开采技术方面的因素，对影响因素进行分析，确定各因素对冲击地压的影响程度和危险状态的影响指数，将其综合即可形成冲击地压危险状态等级评定的综合指数法。

综合指数法是在分析已发生的冲击地压灾害的基础上，分析各种采矿地质因素对冲击地压发生的影响，确定各影响因素的权重，然后将其综合起来，建立起冲击地压危险性评价的宏观角度评价方法，可用于对采掘工作面冲击地压危险性进行评价。冲击地压危险性指数可分为地质因素评价指数和开采技术因素评价指数，综合两者确定冲击地压危险程度。

综合指数法的计算公式如下：

W_t=max{W_t1,W_t2}

W_t为冲击地压危险状态等级评定综合指数，取W_t1、W_t2中最大者；

W_t1为地质因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定指数；

W_t2为开采技术因素对冲击地压的影响程度及冲击地压危险状态等级评定指数；

W_i为第i个影响因素的实际指数；

W_imax为第i个影响因素的最大危险指数；

n为影响因素个数。

4.1.1 地质因素影响冲击地压危险指数

影响冲击地压地质方面的因素有开采深度、煤层的物理力学特征、顶板岩层的结构特征、地质构造、冲击地压发生史等，具体见表4-1。

表4-1 地质因素影响冲击地压危险指数评价表

序号	影响因素	因素说明	因素分类	评价指数
1		同一水平煤层冲击地压发生历史（次数/n）	n=0	0
			n=1	1
			2≤n＜3	2
			n≥3	3
2		开采深度h	h≤400 m	0
			400 m＜h≤600 m	1
			600 m＜h≤800 m	2
			h＞800 m	3
3		上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离d	d＞100 m	0
			50m＜d≤100 m	1
			20m＜d≤50 m	2
			d≤20 m	3
4		煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征参数	＜50 m	0
			50m＜ ≤70 m	1
			70m＜ ≤90 m	2
			>90m	3
5		开采区域内构造引起的应力增量与正常应力值之比	 ≤10%	0
			10% ＜ ≤20%	1
			20% ＜ ≤30%	2
			 ＞30%	3
6		煤的单轴抗压强度	≤10MPa	0
			10MPa＜ ≤14 MPa	1
			14MPa＜ ≤20MPa	2
			＞20MPa	3
7		煤的弹性能指数	＜2	0
			2≤ ＜3.5	1
			3.5≤ ＜5	2
			≥5	3
危险等级评估			≤0.25	无危险
			0.25< ≤0.5	弱危险
			0.5< ≤0.75	中等危险
			>0.75	强危险

4.1.2 开采技术因素影响冲击地压危险指数

影响冲击地压的开采技术方面因素有开拓布局、保护层开采、巷道布置、煤柱留设、采空区处理等方面的因素，具体见表4-2。

表4-2 开采因素影响冲击地压危险指数评价表

序号	影响因素	因素说明	因素分类	评价指数
1	W1	保护层的卸压程度	好	0
			中等	1
			一般	2
			很差	3
2	W2	工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离	≥60m	0
			30m≤ ＜60m	1
			0m≤ ＜30m	2
			＜0m（煤柱下方）	3
3	W3	工作面与邻近采空区的关系	实体煤工作面	0
			一侧采空	1
			两侧采空	2
			三侧及以上采空	3
4	W4	工作面长度Lm	Lm>300m	0
			150m≤Lm<300m	1
			100m≤Lm<150m	2
			Lm<100m	3
5	W5	区段煤柱宽度d	d≤3m，或d≥50m	0
			3m＜d≤6m	1
			6m＜d≤10m	2
			10m＜d＜50m	3
6	W6	留底煤厚度	=0	0
			0m＜ ≤1m	1
			1m＜ ≤2m	2
			2m＜	3
7	W7	向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离	≥150m	0
			100m≤ ＜150m	1
			50m≤ ＜100m	2
			＜50m	3
8	W8	向采空区推进的工作面，终采线与采空区的距离	≥300m	0
			200m≤ <300m	1
			100m≤ <200m	2
			<100m	3
9	W9	向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离	≥100m	0
			50m≤ ＜100m	1
			20m≤ ＜50m	2
			<20m	3
10	W10	向煤层倾角剧烈变化（＞15°）的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离	≥50m	0
			20m≤ ＜50m	1
			10m≤ ＜20m	2
			＜10m	3
11	W11	向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离Lb	Lb≥50m	0
			20m≤Lb＜50m	1
			10m≤Lb＜20m	2
			Lb＜10m	3
危险等级评估	=		≤0.25	无危险
			0.25< ≤0.5	弱危险
			0.5< ≤0.75	中等危险
			>0.75	强危险

4.1.3 冲击地压危险状态分级

根据冲击地压危险状态等级评定综合指数，可将冲击地压的危险程度定量分为无冲击危险、弱冲击危险、中等冲击危险、强冲击危险四个等级，以此作为矿井采取相应防治对策的依据，冲击地压危险状态分级见表4-3。

表4-3 冲击地压危险状态分级表

冲击地压危险等级	冲击地压危险状态	冲击危险综合指数	冲击地压危险防治对策
A	无	≤0.25	所有采掘作业正常进行。
B	弱	0.25~0.5	所有的采掘作业正常进行。作业中加强冲击地压灾害危险状态的监测预报。
C	中等	0.5~0.75	下一步的采矿工作应与该危险状态下的冲击地压危害防治措施一起进行，且通过预测预报确定危险程度不再上升。
D	强	＞0.75	应当停止采掘作业，人员撤离危险地点。采取解危措施。采取措施后，通过卸压效果监测检验，冲击危害消除后，方可进行下一步采掘作业。

4.2 新兴煤矿68^#煤层冲击危险性评价

4.2.1 68^#煤层地质因素影响评价

（1）同一水平煤层冲击地压发生历史（次数/n，W₁）

目前，新兴煤矿68^#煤层生产工作面位于三水平五采区左二片，根据生产计划2019年1-~4月回采左二片。跟据新兴煤矿及周边矿井冲击地压事件记录，68^#煤层未发生过冲击地压，各煤层冲击地压发生史概况见表4-4。

表4-4 68^#煤层冲击地压发生史概况

序号	采区	工作面	68#煤层冲击地压发生史 （次数/n）	评估值 （W1）
1	五采区	左二片	0	0

（2）开采深度h（W₂）

根据新兴煤矿68^#煤层资源储量图、地质地形图、采掘工程平面图，生产接续图，截止到2021年4月，该煤层最低可采标高最大采深564m（正在开采的左二片工作面），h=564m≤600m，各工作面开采深度影响的冲击地压危险评价值见表4-5。

表4-5 68^#煤层各工作面开采深度影响概况

序号	采区	工作面	开采深度	评估值 （W2）
1	五采区	左二片	564	1

（3）上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离d（W₃）

68^#煤层顶板为砂岩，岩性中硬，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》安监总煤装〔2017〕66，该煤层裂隙带高度计算公式如下：

根据采区综合柱状图，68#煤层厚度为0.8m，计算得68^#煤层H_li=36.83m，在裂隙带内68^#煤层无坚硬厚层，根据地质因素对应冲击地压危险指数评估表及采区综合柱状图，评估值见表4-6。

表4-6 68^#煤层各工作面上覆裂隙带内坚硬厚层岩层影响概况

序号	采区	工作面	裂隙带范围内是否含有坚硬厚层岩层	评估值 （W3）
1	五采区	左二片	否	0

（4）煤层上方100m范围顶板岩层厚度特征参数Lst（W₄）

68^#煤层顶板岩层特征参数见表4-7：

表4-7 五采区 68^#顶板厚度特征参数值L_st计算表

序号	岩性	弱面递减系数ri	各分层厚度hi（m）	各分层特征参数Lst=Σhiri
1	粉砂岩	1	0.58	0.58
2	细砂岩	1	4	4.00
3	中细砂岩	1	5.8	5.80
4	煤	0.31	0.57	0.18
5	砂岩矸石	1	0.45	0.45
6	65煤	0.31	1.12	0.35
7	中细砂岩	1	14	14.00
8	66煤	0.31	1.7	0.53
9	粉砂岩	1	8.85	5.85
10	细砂岩	1	9.2	9.2
11	粉砂岩	1	8.6	8.6
12	中砂岩	1	9	9
13	粉砂岩	1	5.1	5.10
14	中细砂岩	1	5	5.00
15	粉砂岩	1	4.75	4.75
16	67煤	0.31	1.08	0.33
17	细砂岩	1	1.2	1.20
18	凝灰岩	1	0.15	0.15
19	粉砂岩	1	4.65	4.65
20	细砂岩	1	7.8	7.80
21	中砂岩	1	4.9	4.90
22	细砂岩	1	1.5	1.50
顶板厚度特征参数Lst=Σhiri			100	96.92

经计算得出顶板厚度特征参数值，L_st=96.92根据地质因素对应冲击地压危险指数评估表，68^#煤层工作面顶板厚度特征参数评估值W₄=3，见表4-8。

表4-8 68^#煤层各工作面岩层厚度特征参数概况

序号	采区	工作面	岩层厚度特征参数	评估值 （W4）
1	五采区	左二片	96.92	3

（5）开采区域内构造引起的应力增量与正常应力值之比（W₅）

根据新兴煤矿地质报告，计算可得该煤层自重应力平均值为11.05MPa。由于构造作用，造成煤层垂直应力比自重应力大，由地应力反演结果可知，煤矿平均垂直应力为13.8MPa。由此，可以计算出构造应力增量变化值如下。

根据表2-2各工作面自重应力和地应力反演得出的垂直应力，计算各工作面构造应力变化，见表4-9。

表4-9 68^#煤层各工作面构造应力变化概况

序号	采区	工作面	自重应力 （MPa）	反演垂直应力 （MPa）	变化率γ （%）	评估值 （W5）
1	五	左二片	11.05	13.8	25	2

（6）煤的单轴抗压强度（W₆）

《新兴煤矿三水平68煤煤岩冲击倾向性鉴定报告》按照国家标准GB/T 25217.2-2010《煤的冲击倾向分类及指数的测定方法》测定了新兴煤矿冲击倾向性各项指数，详见表4-10。

表4-10 新兴煤矿三水平68^#煤试样冲击倾向性各项指数测定结果

样 别 煤样编号		动态破坏时间DT(ms)	冲击能量 指数KE	弹性能量 指数WET	单轴抗压强度 Rc(MPa)
68煤	1	718	1.421	4.588	7.35
	2	369	1.853	5.867	11.33
	3	248	1.551	2.220	11.12
	4	582	1.251	8.814	/
	5	481	3.023	3.885	/
	平均值	480	1.820	5.075	9.93
	冲击倾向性判定	弱	弱	强	弱
综合评判结果		弱冲击倾向性

由《新兴煤矿三水平68^#煤岩冲击倾向性鉴定报告》成果可知，新兴煤矿68^#煤层取样测得煤样单轴抗压强度的平均值R_c=9.93MPa。单轴抗压强度影响的冲击地压危险评价值见表4-11。

表4-11 68#煤层各工作面单轴抗压强度及评估值

序号	采区	工作面	单轴抗压强度 （MPa）	评估值 （W6）
1	五采区	左二片	9.93	0

（7）煤的弹性能指数W_ET（W₇）

由《新兴煤矿三水平68煤煤岩冲击倾向性鉴定报告》成果可知，弹性能量指数W_ET的平均值为5.075，弹性能量指数W_ET影响的冲击地压危险评价值见表4-12。

表4-12 68^#煤层弹性能指数及评估值

序号	采区	工作面	弹性能指数 （WET）	评估值 （W7）
1	五采区	左二片	5.075	3

综上所述，至2021年12月底的规划期内，新兴煤矿三水平68^#煤层各工作面地质因素影响下的冲击危险性评估结果见下表：

表4-13 68^#煤层地质因素影响下的冲击地压危险性评估

因素 编号	影响因素	指数 最大值	评估指数
			左二片
W1	同一水平煤层冲击地压 发生历史（次数/n）	3	0
W2	开采深度h（m）	3	1
W3	上覆裂隙带内坚硬厚层岩层距煤层的距离（d/m）	3	0
W4	顶板岩层厚度特征参数Lst	3	3
W5	开采区域内构造应力增量与正常应力之比（%）	3	2
W6	煤的单轴抗压强度Rc（Mpa）	3	0
W7	煤的弹性能指数WET	3	3
冲击地压危险指数（Wt1=∑Wi/∑Wimax）				0.43
等级判别				弱危险

4.2.2 68^#煤层开采技术因素影响评价

（1）保护层的卸压程度（W₁）

开采保护层后，形成了解放带，从而起到减缓冲击地压的作用。根据以往研究成果，保护层开采后，被保护层开采时，支撑压力峰值降低了，但作用范围加大，表明解放作用可以改善被保护层开采中能量积聚与释放的空间分布情况。

新兴煤矿68^#煤层之上赋存有64^#、65^#、66^#煤层，其中67^#距离68^#煤层20.2m，为68^#煤层的上保护层，在2014年已开采完毕，卸压时间较长，因此，保护层卸压程度评估指数值见表4-14。

表4-14 68^#煤层工作面上保护层开采概况

序号	采区	工作面	保护层	评估值（W1）
1	五采区	左二片	已开采	2

（2）工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离h₂（W₂）

同时，67^#为68^#煤层的保护层，沿空留巷，无保护煤柱，未形成应力集中区，因此，工作面距上保护层开采遗留煤柱的水平距离h₂≥60m，估指数值见表4-15。

表4-15 68^#煤层工作面上保护层开采概况

序号	采区	工作面	保护层遗留煤柱距离	评估值（W2）
1	五采区	左二片	无遗留保护煤柱	0

（3）工作面与邻近采空区的关系（W₃）

根据采掘工程平面图和生产计划，新兴煤矿五采区左二片工作面回采时均为两侧采空区，工作面与邻近采空区关系因素对应的评估指数见表4-16。

表4-16 68#煤层工作面与邻近采空区关系概况

序号	采区	工作面	工作面与邻近采空区关系	评估值（W3）
1	五采区	左二片	两侧采空区	2

（4）工作面长度L_m（W₄）

根据采掘工程平面图和生产计划，新兴煤矿三水平68^#煤层各工作面长度因素对应评估指数见表4-17。

表4-17 68^#煤层工作面长度对应评估指数

序号	采区	工作面	工作面长度（m）	评估值（W4）
1	五采区	左二片	150	1

（5）区段煤柱宽度d（W₅）

根据生产计划和作业规程，新兴煤矿68^#煤层各工作面顺槽单巷布置，不留设区段煤柱，d=0，因此，评估指数见表4-18。

表4-18 68^#煤层工作面区段煤柱宽度对应评估指数

序号	采区	工作面	区段煤柱宽度（m）	评估值（W5）
1	五采区	左二片	0	0

（6）留底煤厚度t_d（W₆）

根据生产计划和作业规程，68^#煤层厚度0.8m，为薄煤层，煤质为1/3JM，一次采全高，不留底煤，t_d=0，因此，评估指数见表4-19。

表4-19 68^#煤层工作面留底煤厚度对应评估指数

序号	采区	工作面	留底煤厚度（m）	评估值（W6）
1	五采区	左二片	0	0

（7）向采空区掘进的巷道停掘位置与采空区的距离L_jc（W₇）

根据生产计划、五采区左二片工作面作业规程，2019年1~4月，新兴煤矿五采区左二片工作在实体煤中进行，距离采空区距离L_jc＞150m，评估指数值，见表4-20。

表4-20 68^#煤层掘进巷道停掘位置对应评估指数

序号	采区	工作面	停掘位置距采空区距离	评估值（W7）
1	五采区	左二片	Ljc＞150m	0

（8）向采空区推进的工作面停采线与采空区的距离L_mc（W₈）

根据新兴煤矿设计和作业规程，该矿回采工作面采用后退式开采，无向采空区推进的工作面，终采线与采空区距离L_mc＞300m，因此，评估指数值见表4-21。

表4-21 68^#煤层向采空区推进工作面停采线与采空区距离对应评估指数

序号	采区	工作面	停采线与采空区距离	评估值（W8）
1	五采区	左二片	Lmc＞300m	0

（9）向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道与断层的距离L_d（W₉）

根据新兴煤矿采掘工程平面图、生产接续图，68^#煤层左二片工作面推进范围内无落差大于3m断层，工作面与断层的距离L_d＞100m，因此，评估指数值见表4-22。

表4-22 68^#煤层向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道与断层的距离对应评估指数

序号	采区	工作面	Ld	评估值（W9）
1	五采区	左二片	＞100m	0

（10）向煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离L_z（W₁₀）

根据新兴煤矿地质报告、采掘工程平面图、三水平五采区采区作业规程等资料，五采区68^#煤层倾角变化＜15°，回采范围内没有向斜或背斜轴， L_z＞50m，因此，评估指数W₁₀值见表4-23。

表4-23 68^#煤层工作面或巷道接近煤层变化部分的距离对应评估指数

序号	采区	工作面	Lb	评估值（W11）
1	五采区	左二片	≥50m	0

（11）向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离L_b（W₁₁）

根据地质报告和井巷实际揭露，五采区68^#煤层没有侵蚀，左二片回风顺槽实际揭露煤层厚度约0.75~0.86m，运输顺槽实际揭露煤层厚度0.75~0.91m，煤层厚度发生变化，变化方向与倾斜方向一致，与工作面推进方向垂直，煤层厚度变化均匀稳定，L_b≥50m，因此，评估指数值见表4-24。

表4-24 68^#煤层工作面或巷道接近煤层变化部分的距离对应评估指数

序号	采区	工作面	Lb	评估值（W11）
1	五采区	左二片	≥50m	0

表4-25 68^#煤层开采因素影响下的冲击地压危险指数

编号	影响因素	指数最大值	实际条件	评估指数
W1	保护层的卸压程度	3	已开采但时间较长	2
W2	工作面距上保护层开采遗留的煤柱的水平距离hz	3	已开采，无保护煤柱	0
W3	工作面与邻近采空区的关系	3	二侧采空	2
W4	工作面长度Lm	3	150m	1
W5	区段煤柱宽度d	3	无	0
W6	留底煤厚度td	3	0m	0
W7	向采空区掘进的巷道，停掘位置与采空区的距离Ljc	3	无	0
W8	向采空区推进的工作面，停采线与采空区的距离Lmc	3	无	0
W9	向落差大于3m的断层推进的工作面或巷道，工作面或迎头与断层的距离Ld	3	无	0
W10	向煤层倾角剧烈变化的向斜或背斜推进的工作面或巷道，工作面或迎头与之的距离Lz	3	无	0
W11	向煤层侵蚀、合层或厚度变化部分推进的工作面或巷道，接近煤层变化部分的距离Lb	3	煤层厚度变化均匀	0
冲击地压危险指数（Wt2=∑Wi/∑Wimax）			Wt2=5/30=0.16≤0.25
等级判别			无危险

4.2.3 冲击危险性综合评价

至2021年12月底，新兴煤矿68^#煤层共有一个工作面生产，为五采区左二片工作面，冲击危险性综合评价结果如表4-26。68^#煤层整体具有弱冲击危险，地质因素是冲击危险性的主要影响因素。

表4-26 68^#煤层冲击危险性综合评价结果

因素类别	地质因素	开采因素
冲击危险指数	Wt1=0.43	Wt2=0.15
冲击危险等级	弱冲击危险	无冲击危险
综合冲击危险指数	0.43
综合冲击危险等级	弱冲击危险

综合分析，68^#煤层具有弱冲击危险，在工作面的掘进与回采期间，必须进行冲击地压的监测，并根据监测结果及现场情况采取积极主动的卸压措施。

5 结论及建议

5.1 结论

本项目以新兴煤矿地质报告、初步设计、现场采掘工程平面图、生产接续图、作业规程、《冲击倾向性鉴定报告》等为基础，分析新兴煤矿三水平68^#煤层三年内（至2021年12月）计划开采区域的冲击地压主要影响因素分析新兴煤矿三水平68^#煤层的冲击地压主要影响因素，并通过综合指数法确定新兴煤矿三水平68^#煤层的冲击危险等级。研究得出以下结论：

1）新兴煤矿三水平68^#煤层冲击地压主要影响因素为：煤岩冲击倾向性、顶板岩层结构特征、地质构造、物理力学参数、工作面参数等。

2）采用有限差分数值分析方法，对新兴煤矿进行了三维地应力场反演，得到了该区域的初始地应力场及应力分布特征，新兴煤矿井田原岩应力分布呈现出西高东低的分布特征68^#煤层整体上的垂直应力值分布在13.8MPa左右，开采区域内构造引起的应力集中程度为25%。

3）根据综合指数法评价结果，新兴煤矿三水平68^#煤层综合指数法计算结果为Wt=0.43，冲击危险等级为弱。由于地质、开采因素等指数均基于矿方提供的资料，并根据已生产区域的实际情况取值，其取值会随着开采过程动态变化，所以在后期开采过程中需进一步优化各地质、开采因素取值，进行动态评价。

5.2 建议

1）三水平五采区68^#煤层开采区存在断层区域，对工作面回采和掘进都有影响，在回采工作面和掘进工作面接近断层时，应加强观测并采取适当措施，避免冲击地压事件发生。

2）针对三水平68^#煤层冲击危险的具体致灾类型及实际情况，随着开采条件和应力环境的变化，其冲击危险性也在动态变化，建议对68^#煤层接续掘进、回采工作面进行冲击危险性评价，并制定针对性冲击地压监测预警与防治方案，建立适合新兴煤矿68^#煤层现场实际条件的冲击地压监测预警与防治体系。当监测到异常数据时，及时采取解危措施，适时启动应急预案。

3）新兴煤矿三水平68^#煤层为弱冲击危险性，根据《煤矿防治冲击地压细则》建议新兴煤矿建立及完善相关组织管理制度及个体防护措施，如做好顺槽超前支护、人员及设备安全防护和限员等管理措施，从而有效降低冲击地压造成的危害，保证企业的安全生产。

4）后续工作面回采过程中，综合分析微震、钻孔应力、支架工作阻力和巷道变形量等监测数据随工作面不同推进度的变化规律，合理优化68^#煤层工作面推进速度。

作者简介 绳金龙 男 1985年7月，黑龙江七台河人，中级职称，2006年毕业于黑龙江七台河培训中心，现任新兴煤矿抽采防冲段副科长(主管防冲击地压工作)。

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