東四東半部分在采區(qū)規(guī)劃上共布置4個(gè)主要的走向工作面，即7403、7407、7411及7415綜放工作面。根據(jù)由近及遠(yuǎn)的回采安排，各工作面尾端靠近采區(qū)上山附近，先后留下7403、7407和7411剩余走向不足200m的鋸齒形保護(hù)煤柱。這些“鋸齒”因鄰近采空區(qū)，無疑存在殘余支撐應(yīng)力。

　　1概述

　　三河尖煤礦東四采區(qū)東半部分回采的是山西組7#煤層，該區(qū)域煤層平均厚度5.5m，傾角5°-12°。直接頂粉細(xì)砂巖互層，厚度14.7m，老頂粉砂巖厚度8.1m。直接底粉砂巖厚度1.75m，老底細(xì)砂巖厚度16.0m。在井田范圍內(nèi)，這是能數(shù)得上的構(gòu)造單一、煤層賦存穩(wěn)定、條件相對(duì)優(yōu)越的區(qū)段。但從2003年4月份回采以來，區(qū)域內(nèi)先后發(fā)生4次巷道冒頂、1次巷道沖擊等異常情況，究竟是什么原因造成的呢?(圖1)

　　2巷道冒頂及其原因分析

　　一直以來關(guān)于7407、7411、7415工作面的中間軌道巷及7407小面運(yùn)輸巷等4次巷道冒頂問題的說法，講的最多的是：巷道冒頂與F7斷層因素相關(guān)。具體情況是：1#冒頂點(diǎn)位置是從7407中間軌道巷開窩口向里268m，冒頂點(diǎn)到F7斷層的法向距離約220m，冒頂時(shí)間是2005年10月;2#冒頂點(diǎn)位置是從7411中間軌道巷開窩口向里526m，冒頂點(diǎn)到F7斷層的法向距離約274m，冒頂時(shí)間是2006年8月;3#冒頂點(diǎn)位置是從7415中間軌道巷開窩口向里406m，冒頂點(diǎn)到F7斷層的法向距離約191m，冒頂時(shí)間是2007年8月;4#冒頂點(diǎn)位置是從7407小面運(yùn)輸巷開窩口向里174m，冒頂點(diǎn)到F7斷層的法向距離約162m，冒頂時(shí)間是2010年9月。

　　的確，因各冒頂點(diǎn)與F7斷層之間的位置關(guān)系，一般都在160-280m之間的緣故吧，容易讓人產(chǎn)生種種遐想，究其實(shí)呢?首先從客觀因素談起，東四東半部分的東側(cè)從地質(zhì)構(gòu)造上看，是一個(gè)相對(duì)單一的原生向斜構(gòu)造。由于F7斷層和孫氏店支斷層的擠壓作用，在東四向斜左翼的上緣位置次生出一個(gè)小的向斜構(gòu)造。大小兩個(gè)向斜的結(jié)合部存在“裂痕”，使得煤體松軟，裂隙發(fā)育。由于構(gòu)造間的張拉作用不十分明顯，這個(gè)構(gòu)造界面的煤層頂?shù)装暹€相對(duì)穩(wěn)定。從4次冒頂情況看，每次冒落的高度一般在2-3m，即該區(qū)域巷道的頂煤厚度。但區(qū)域范圍，內(nèi)聚一定的構(gòu)造應(yīng)力。東四大面積頂板失穩(wěn)過程中，區(qū)域頂板活動(dòng)劇烈，使得這個(gè)界面的煤體進(jìn)一步松散，這應(yīng)該是巷道冒頂?shù)囊粋€(gè)客觀原因。這個(gè)界面寬度不大，從幾次巷道冒頂范圍看，7407中間軌道巷冒頂長度最長約18m，7407小面運(yùn)輸巷冒頂范圍最小，不到3m，其余兩處均在8m左右。

　　從主觀因素看，該區(qū)域幾個(gè)工作面因接續(xù)原因，都布置了中間軌道巷。但工作面一旦形成后，正常推進(jìn)時(shí)，施工單位一般又不把這些腰巷作為工作面的出口來管理，即不進(jìn)行超前加固或超前加固不及時(shí)。因此工作面的超前支撐壓力對(duì)這些巷道的動(dòng)態(tài)破壞較大，容易使巷道急劇變形、支護(hù)失效，而折幫冒頂。從現(xiàn)場(chǎng)看，每個(gè)冒頂位置，也確實(shí)都處于當(dāng)時(shí)工作面的超前支撐壓力影響范圍內(nèi)，而且都沒進(jìn)行二次加強(qiáng)支護(hù)。對(duì)于7407小面運(yùn)輸巷的冒頂問題，原因較為復(fù)雜。除沒有加強(qiáng)支護(hù)的因素外，還因該點(diǎn)處于沿空高應(yīng)力范圍內(nèi)。巷道掘進(jìn)期間就多次出現(xiàn)沖擊礦壓顯現(xiàn)，礦壓部門做了大量細(xì)致的工作，避免了破壞性事故。但回采期間，施工單位沒能進(jìn)一步細(xì)化工作，管理相對(duì)滯后，造成后果亦在所難免。

　　3應(yīng)力在空間的傳遞規(guī)律

　　由于時(shí)間久，采空區(qū)塌落充分實(shí)在，圍巖較為穩(wěn)定，故這種應(yīng)力不大。對(duì)于7411小面切眼而言，最初掘進(jìn)的50m，不僅存在這種應(yīng)力，同時(shí)還處于構(gòu)造界面附近，煤體松軟，應(yīng)力集中。掘進(jìn)過程中，該巷道的頂煤就隨掘隨離層。因頂煤厚度一般在2.5m左右，而頂板支護(hù)錨桿長度恰好2.5m，故頂煤離層后，頂板錨桿顯然無支護(hù)效果，僅錨索起點(diǎn)懸吊作用，依靠較為穩(wěn)定的上覆巖層，懸掛著已經(jīng)離層的2.5m厚頂煤。但頂煤離層后，也造成了錨索錨固力大幅度下降，且支護(hù)密度相對(duì)不足，僅2.0m×3.2m。這些因素總結(jié)起來說，就是跨度5.8m寬的切眼實(shí)際上基本處于無主動(dòng)支護(hù)狀態(tài)，而被動(dòng)加強(qiáng)支護(hù)的單體支柱，由于生產(chǎn)的原因，又不能緊跟到迎頭，故而產(chǎn)生大范圍的弱面(什么是弱面：弱面就是不能獲得穩(wěn)固支撐的自由面或自由空間)。就像多米諾古牌的連續(xù)倒塌一樣，當(dāng)區(qū)域發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，弱面的不穩(wěn)定狀態(tài)就會(huì)快速跳變，尋求下一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。這個(gè)過程將釋放巨大的能量，以動(dòng)能、熱能、和聲能的形式，對(duì)采場(chǎng)空間產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞力。解決它的唯一辦法就是采取可靠支護(hù)，消除弱面。先回顧一下7411小面切眼的沖擊事件：

　　7411小面位于東四采區(qū)東半部分的東北側(cè)，該面上鄰7415工作面采空區(qū)、下鄰7407工作面采空區(qū)、前方為原7411工作面采空區(qū)。7411小面切眼采用錨梁網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，單體液壓支柱臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。巷道在設(shè)計(jì)時(shí)，因綜合考慮防滅火與防沖的需要，與7411里面采空區(qū)的隔離煤柱留設(shè)15m，因此切眼處于較高應(yīng)力區(qū)域。切眼煤層局部松軟，裂隙發(fā)育。加之該點(diǎn)多巷交叉，也極易形成應(yīng)力集中。根據(jù)東翼采區(qū)7煤沖擊傾向鑒定結(jié)果和東四采區(qū)綜合指數(shù)法，確定為中等沖擊危險(xiǎn)程度。針對(duì)該面有沖擊危險(xiǎn)，礦壓科編制了《7411小面掘進(jìn)沖擊礦壓防治安全技術(shù)措施》，要求采用電磁輻射法、鉆屑法、微震法相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行礦壓防治。2009年5月28日早班，7411小面切眼與7411中間軌道巷貫通，到此為止共施工巷道約50m。5月29日夜班0：46：33切眼內(nèi)發(fā)生沖擊，沖擊范圍在切眼出口向里10-35m區(qū)域的左側(cè)。沖擊礦壓發(fā)生后迎頭人員全部安全撤出，現(xiàn)場(chǎng)破壞情況如下：

　　①受沖擊區(qū)域巷道左幫支護(hù)的木錨桿全部失效，片幫并拋出煤體0.5～0.8m。

　　②連續(xù)4排頂煤離層，下沉約0.5m;范圍內(nèi)共有兩根錨索拉斷。

　　③加強(qiáng)支護(hù)的單體連續(xù)31根歪斜嚴(yán)重，單體根部連帶鐵鞋一起向左幫偏離0.3～0.8m。

　　④40Z刮板輸送機(jī)中間部向右?guī)头较蚧?～1.2m。

　　⑤耙裝機(jī)及軌道被拋到右?guī)汀?/p>

　　7411小面切眼發(fā)生沖擊礦壓事故的直接原因，概括起來有以下兩點(diǎn)：

　　①7411小面切眼發(fā)生沖擊礦壓事故，與東四采區(qū)殘區(qū)開采和7411小面切眼內(nèi)頂煤離層形成弱面有關(guān)。

　　②從微震系統(tǒng)(GPS)定位看，震源位置在7435工作面采空區(qū)。擾動(dòng)信號(hào)即7435綜放面初次來壓。關(guān)于7435工作面初放對(duì)7411小面切眼掘進(jìn)的擾動(dòng)問題，引用一個(gè)比喻，可以形象地說明問題。當(dāng)東四采區(qū)西側(cè)收作，回采系統(tǒng)煤柱時(shí)，在7435面采空區(qū)、東四東側(cè)采空區(qū)、F7斷層之間所包圍的是東四采空區(qū)的殘余支撐煤柱，又因F7斷層的原因，煤柱被完全割裂開來，缺乏穩(wěn)固的依托，形成孤立的容易活動(dòng)的狹小單元，就像一個(gè)長條凳，人員在上面坐著，當(dāng)一頭晃動(dòng)時(shí)，另一頭能不動(dòng)嗎。這種應(yīng)力影響距離遠(yuǎn)、牽一發(fā)動(dòng)全身的特點(diǎn)，是殘區(qū)開采的重要特征之一。

　　2010年9月14日8：42：28，7407小面老頂初次斷裂，引發(fā)7409采空區(qū)(39484734.03，3862780.5，-769.82)老底沖擊，沖擊能量2.88E*5J。本次震動(dòng)再次印證：東四采空區(qū)殘余支撐煤柱所具有的應(yīng)力傳遞作用效果。7409采空區(qū)(39484734.03，3862780.5，-769.82)老底存在能量集聚，因其處于老空區(qū)，其本質(zhì)就是一個(gè)弱面，易于能量釋放，而7407小面老頂初次斷裂的劇烈震動(dòng)，起到了擾動(dòng)作用，促使其爆發(fā)。

　　采空區(qū)底板劃分的“三帶”，即破碎帶、斷裂帶、彎曲拱起帶，從這次沖擊事件分析，本次震動(dòng)就處于積存高能量的彎曲拱起帶。同時(shí)說明，東四采區(qū)東側(cè)大面積老空(跨度超過1000m)對(duì)底板的影響可延伸到煤層底板下約125m處，因該處的煤層底板標(biāo)高為-644.9m。

　　2010年9月13日16：49：37，7425采空區(qū)(39483831.5，386340

　　8.5，-711.28)處發(fā)生一次較大能量級(jí)的震動(dòng)，釋放能量3.39E*4J。

　　2010年9月15日3：19：50，7425采空區(qū)(39483831.5，386340

　　8.5，-732.4)處再次發(fā)生一次較大能量級(jí)的震動(dòng)，釋放能量5.64E*4J。

　　7425采空區(qū)跨度180m，兩次能量釋放分別發(fā)生在采空區(qū)煤層底板下約40m與60m處，說明工作面老空對(duì)其底板的影響與老空的跨度有關(guān)，從以上數(shù)據(jù)可推測(cè)，工作面老空對(duì)底板的影響深度范圍，隨采空區(qū)跨度的增加而加深。

　　以上涉及的點(diǎn)、線、面以及立體空間應(yīng)力的相互影響規(guī)律是殘區(qū)開采的又一重要特征，是指導(dǎo)區(qū)域采掘安排、支護(hù)參數(shù)確定、沖擊礦壓防治及底板水害防治等的重要參考依據(jù)。