東四東半部分在采區規劃上共布置4個主要的走向工作面，即7403、7407、7411及7415綜放工作面。根據由近及遠的回采安排，各工作面尾端靠近采區上山附近，先后留下7403、7407和7411剩余走向不足200m的鋸齒形保護煤柱。這些“鋸齒”因鄰近采空區，無疑存在殘余支撐應力。

　　1概述

　　三河尖煤礦東四采區東半部分回采的是山西組7#煤層，該區域煤層平均厚度5.5m，傾角5°-12°。直接頂粉細砂巖互層，厚度14.7m，老頂粉砂巖厚度8.1m。直接底粉砂巖厚度1.75m，老底細砂巖厚度16.0m。在井田范圍內，這是能數得上的構造單一、煤層賦存穩定、條件相對優越的區段。但從2003年4月份回采以來，區域內先后發生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

　　一直以來關于7407、7411、7415工作面的中間軌道巷及7407小面運輸巷等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。具體情況是：1#冒頂點位置是從7407中間軌道巷開窩口向里268m，冒頂點到F7斷層的法向距離約220m，冒頂時間是2005年10月;2#冒頂點位置是從7411中間軌道巷開窩口向里526m，冒頂點到F7斷層的法向距離約274m，冒頂時間是2006年8月;3#冒頂點位置是從7415中間軌道巷開窩口向里406m，冒頂點到F7斷層的法向距離約191m，冒頂時間是2007年8月;4#冒頂點位置是從7407小面運輸巷開窩口向里174m，冒頂點到F7斷層的法向距離約162m，冒頂時間是2010年9月。

　　的確，因各冒頂點與F7斷層之間的位置關系，一般都在160-280m之間的緣故吧，容易讓人產生種種遐想，究其實呢?首先從客觀因素談起，東四東半部分的東側從地質構造上看，是一個相對單一的原生向斜構造。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小的向斜構造。大小兩個向斜的結合部存在“裂痕”，使得煤體松軟，裂隙發育。由于構造間的張拉作用不十分明顯，這個構造界面的煤層頂底板還相對穩定。從4次冒頂情況看，每次冒落的高度一般在2-3m，即該區域巷道的頂煤厚度。但區域范圍，內聚一定的構造應力。東四大面積頂板失穩過程中，區域頂板活動劇烈，使得這個界面的煤體進一步松散，這應該是巷道冒頂的一個客觀原因。這個界面寬度不大，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，該區域幾個工作面因接續原因，都布置了中間軌道巷。但工作面一旦形成后，正常推進時，施工單位一般又不把這些腰巷作為工作面的出口來管理，即不進行超前加固或超前加固不及時。因此工作面的超前支撐壓力對這些巷道的動態破壞較大，容易使巷道急劇變形、支護失效，而折幫冒頂。從現場看，每個冒頂位置，也確實都處于當時工作面的超前支撐壓力影響范圍內，而且都沒進行二次加強支護。對于7407小面運輸巷的冒頂問題，原因較為復雜。除沒有加強支護的因素外，還因該點處于沿空高應力范圍內。巷道掘進期間就多次出現沖擊礦壓顯現，礦壓部門做了大量細致的工作，避免了破壞性事故。但回采期間，施工單位沒能進一步細化工作，管理相對滯后，造成后果亦在所難免。

　　3應力在空間的傳遞規律

　　由于時間久，采空區塌落充分實在，圍巖較為穩定，故這種應力不大。對于7411小面切眼而言，最初掘進的50m，不僅存在這種應力，同時還處于構造界面附近，煤體松軟，應力集中。掘進過程中，該巷道的頂煤就隨掘隨離層。因頂煤厚度一般在2.5m左右，而頂板支護錨桿長度恰好2.5m，故頂煤離層后，頂板錨桿顯然無支護效果，僅錨索起點懸吊作用，依靠較為穩定的上覆巖層，懸掛著已經離層的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，且支護密度相對不足，僅2.0m×3.2m。這些因素總結起來說，就是跨度5.8m寬的切眼實際上基本處于無主動支護狀態，而被動加強支護的單體支柱，由于生產的原因，又不能緊跟到迎頭，故而產生大范圍的弱面(什么是弱面：弱面就是不能獲得穩固支撐的自由面或自由空間)。就像多米諾古牌的連續倒塌一樣，當區域發生擾動時，弱面的不穩定狀態就會快速跳變，尋求下一個相對穩定的狀態。這個過程將釋放巨大的能量，以動能、熱能、和聲能的形式，對采場空間產生強大的破壞力。解決它的唯一辦法就是采取可靠支護，消除弱面。先回顧一下7411小面切眼的沖擊事件：

　　7411小面位于東四采區東半部分的東北側，該面上鄰7415工作面采空區、下鄰7407工作面采空區、前方為原7411工作面采空區。7411小面切眼采用錨梁網索聯合支護，單體液壓支柱臨時加強支護。巷道在設計時，因綜合考慮防滅火與防沖的需要，與7411里面采空區的隔離煤柱留設15m，因此切眼處于較高應力區域。切眼煤層局部松軟，裂隙發育。加之該點多巷交叉，也極易形成應力集中。根據東翼采區7煤沖擊傾向鑒定結果和東四采區綜合指數法，確定為中等沖擊危險程度。針對該面有沖擊危險，礦壓科編制了《7411小面掘進沖擊礦壓防治安全技術措施》，要求采用電磁輻射法、鉆屑法、微震法相結合的監測方法進行礦壓防治。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切眼內發生沖擊，沖擊范圍在切眼出口向里10-35m區域的左側。沖擊礦壓發生后迎頭人員全部安全撤出，現場破壞情況如下：

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

　　②連續4排頂煤離層，下沉約0.5m;范圍內共有兩根錨索拉斷。

　　③加強支護的單體連續31根歪斜嚴重，單體根部連帶鐵鞋一起向左幫偏離0.3～0.8m。

　　④40Z刮板輸送機中間部向右幫方向滑移0～1.2m。

　　⑤耙裝機及軌道被拋到右幫。

　　7411小面切眼發生沖擊礦壓事故的直接原因，概括起來有以下兩點：

　　①7411小面切眼發生沖擊礦壓事故，與東四采區殘區開采和7411小面切眼內頂煤離層形成弱面有關。

　　②從微震系統(GPS)定位看，震源位置在7435工作面采空區。擾動信號即7435綜放面初次來壓。關于7435工作面初放對7411小面切眼掘進的擾動問題，引用一個比喻，可以形象地說明問題。當東四采區西側收作，回采系統煤柱時，在7435面采空區、東四東側采空區、F7斷層之間所包圍的是東四采空區的殘余支撐煤柱，又因F7斷層的原因，煤柱被完全割裂開來，缺乏穩固的依托，形成孤立的容易活動的狹小單元，就像一個長條凳，人員在上面坐著，當一頭晃動時，另一頭能不動嗎。這種應力影響距離遠、牽一發動全身的特點，是殘區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7409采空區(39484734.03，3862780.5，-769.82)老底沖擊，沖擊能量2.88E*5J。本次震動再次印證：東四采空區殘余支撐煤柱所具有的應力傳遞作用效果。7409采空區(39484734.03，3862780.5，-769.82)老底存在能量集聚，因其處于老空區，其本質就是一個弱面，易于能量釋放，而7407小面老頂初次斷裂的劇烈震動，起到了擾動作用，促使其爆發。

　　采空區底板劃分的“三帶”，即破碎帶、斷裂帶、彎曲拱起帶，從這次沖擊事件分析，本次震動就處于積存高能量的彎曲拱起帶。同時說明，東四采區東側大面積老空(跨度超過1000m)對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高為-644.9m。

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

　　8.5，-711.28)處發生一次較大能量級的震動，釋放能量3.39E*4J。

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

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

　　7425采空區跨度180m，兩次能量釋放分別發生在采空區煤層底板下約40m與60m處，說明工作面老空對其底板的影響與老空的跨度有關，從以上數據可推測，工作面老空對底板的影響深度范圍，隨采空區跨度的增加而加深。

　　以上涉及的點、線、面以及立體空間應力的相互影響規律是殘區開采的又一重要特征，是指導區域采掘安排、支護參數確定、沖擊礦壓防治及底板水害防治等的重要參考依據。