大采高工作面動壓區(qū)的防治與研究

劉 揚，杜學(xué)敏

（大同煤礦集團 晉華宮礦，山西 大同 037016）

晉華宮礦煤田主要分為河北區(qū)域、河南區(qū)域、南山區(qū)域。南山區(qū)域現(xiàn)主采12號煤層402盤區(qū)，剩余4個工作面，平均煤層厚度5.7 m，為大采高工作面，剩余可采儲量728萬t，預(yù)計可采期5 a；從2011年6月開始采用一次采全高的大采高設(shè)備。

1 12號煤層8210工作面概況

晉華宮礦南山12號煤層402盤區(qū)8210工作面走向長1700m，工作面長度163.7m，煤層平均厚度5.7 m。工作面可采走向長1 630 m，工作面中部有240 m煤層變薄區(qū)，工作面里面可采走向590 m，外部可采長度800 m。工作面北為正在開拓的5208巷，南部為8212面采空區(qū)（2011年6月開采結(jié)束），西部為盤區(qū)輔助皮帶巷，東部為實體煤。工作面采用沿頂留底的采煤法，上覆9號煤層工作面煤柱375～542m。

工作面?zhèn)雾敒樯罨疑百|(zhì)頁巖，厚度0.8～1.05/0.9 m；直接頂為深灰色細砂巖，厚度0～4.16/2.3 m，夾小層粉砂巖分布在東部區(qū)（正處于應(yīng)力集中區(qū)）；老頂為中粗砂巖，厚度13.57～21.06/18.2 m，灰白色中粗砂巖含有FeS2煤條。工作面設(shè)備配套：MG-1100/2760-GW型雙滾筒采煤機一部，ZZ13000/28/60型支撐掩護式支架98架，SGZ1000/1400型刮板輸送機一部，SZZ-1000/375橋式裝載機一部，DTL-120/120/3×250型可伸縮帶式輸送機一部。

2 8210工作面巷道動壓區(qū)顯現(xiàn)特點及應(yīng)力分析

1）大采高隊12號煤層402盤區(qū)8210面9月8日夜班，當5210巷推采至286 m和330 m時，巷道超前200 m范圍內(nèi)出現(xiàn)沖擊來壓兩次，集中表現(xiàn)為：a.底鼓是最為突出的動壓顯現(xiàn)之一。局部地段底鼓量達1m以上，走向長度達到60m，巷道斷面收縮率達30%以上，甚至發(fā)生巷道頂板坍塌，維護極為困難。b.鄰采空區(qū)煤柱炸幫，炸幫深度大1.2～2.5 m，炸幫長45 m，煤柱側(cè)護幫錨栓及護網(wǎng)全部失效。c.頂?shù)装逡平客辉觯l(fā)生底鼓也伴隨著頂板的下沉和斷裂現(xiàn)象。d.工作面尾部區(qū)域的支架工作阻力最高達45 MPa，有12架支架安全閥出現(xiàn)卸載。

2）5210巷壓力區(qū)可分為三個區(qū)域：工作面前方70 m內(nèi)，巷道底鼓量、頂板下沉量和兩幫移近量變形劇烈區(qū)；工作面前方70～120 m內(nèi)，巷道底鼓量、頂板下沉量和兩幫移近量變形趨緩區(qū)；工作面前方120～170 m內(nèi)，巷道底鼓量、頂板下沉量和兩幫移近量變形穩(wěn)定區(qū)。

3）分析壓力情況：a.5210巷南鄰8212面采空區(qū)(2011年6月結(jié)束開采)老頂仍在活動期間，5210巷煤柱側(cè)受8212面采空區(qū)老頂活動影響并不穩(wěn)定，對8210工作面產(chǎn)生左向側(cè)向應(yīng)力。b.尾巷376～542m為上覆9號實體煤層；煤柱應(yīng)力集中區(qū)一般影響為前后30～60 m，最大可達到100 m，對8210面產(chǎn)生垂直應(yīng)力。c.兩次壓力均為8210工作面正處于周期來壓步距；礦壓曲線圖顯現(xiàn)壓力值有明顯增阻，也對8210面產(chǎn)生后方水平應(yīng)力。d.在采動垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的作用下，巷道兩幫首先發(fā)生破壞，整個巷道都位于較松軟破碎的巖層中，這時巷道周邊的圍巖松動圈很大，兩幫的應(yīng)力集中區(qū)轉(zhuǎn)移到巖體的深部，煤柱對底板的約束作用減弱；然后在強大的水平應(yīng)力作用下擠壓底板巖體向巷道內(nèi)流動。

3 預(yù)防措施

開始處理底鼓的主要方法是起底，并增加超前支護的數(shù)量，多次起底不僅會使巷道維護費用顯著增加，還會影響巷道兩幫和頂板的穩(wěn)定性，間接導(dǎo)致巷道圍巖整體失穩(wěn)。只有在動壓區(qū)對巷道進行一定的治理才是根本之策。為預(yù)防再次發(fā)生沖擊來壓，根據(jù)現(xiàn)場情況和相關(guān)理論綜合考慮，采用支護加固法和卸壓法聯(lián)合支護具體方案如下：

1）卸壓孔的合理布置，可使鉆孔遠端圍巖發(fā)生結(jié)構(gòu)性欲裂破壞，在圍巖深部形成一個弱化帶，使巷道圍巖的高應(yīng)力區(qū)向深部轉(zhuǎn)移，使其圍巖處于低應(yīng)力區(qū)，有利于巷道圍巖的穩(wěn)定。具體措施如下：a.在12號煤層8210工作面5210巷煤柱側(cè)垂直施工卸壓孔的方式。b.根據(jù)尾巷斷面4.3 m×3.5 m，卸壓孔采用雙排布置，間距3 m，排拒1 m，上排卸壓孔距頂板1 m。c.鉆機采用ZYJ296/168J架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機，卸壓孔采用φ108 mm，考慮保護煤柱20m寬，孔深采用10m。d.要求施工采用從工作面里部向推采方向的施工順序，為保證施工人員安全要施工地點距工作面不少于50m距離。

2）針對尾巷煤柱側(cè)炸幫嚴重，頂板移近量大的現(xiàn)象，決定在貼近煤柱側(cè)支設(shè)一排，間距0.5m。

3）工作面尾巷超前液壓單體的數(shù)量進行增加，由原來的兩梁兩柱變?yōu)橐涣喝g距由1.5m變?yōu)?m。

4）加強對頂板的支護，采用“錨+網(wǎng)+梁”聯(lián)合支護方式，增強頂板在來壓時的整體性。

5）加大對工作面尾巷的宏觀和微觀的觀測，微觀采用儀表觀測和來壓預(yù)報，尾巷采用在應(yīng)力集中區(qū)施工頂板離層監(jiān)測儀觀測；要求技術(shù)科礦壓組三班對微觀和宏觀變化進行記錄和數(shù)據(jù)分析。

4 技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)效益

大采高工作面巷道在動壓區(qū)的“支護加固法和卸壓法的聯(lián)合支護”預(yù)防措施，取得了預(yù)期的目標；也可為采動壓力大、巷道斷面大、集中應(yīng)力大的特殊區(qū)域的支護方案提供實際依據(jù)。

通過幾次動壓回采觀測，沒有發(fā)生較大變形，成功地實現(xiàn)了預(yù)防目標；運用上述預(yù)防措施獲得了顯著的效益，具體表現(xiàn)為：

1）施工卸壓孔的優(yōu)點。卸壓工作量小，施工方便，施工速度較快，不影響回采工作。

2）采取錨網(wǎng)支護，它與圍巖共同承載，既能釋放圍巖的應(yīng)變能，又可以保持巷道圍巖不發(fā)生失穩(wěn)破壞。

3）未采取措施前工作面為每天推進2刀1.5 m，采取預(yù)防措施后每天推進7刀，由原計劃月產(chǎn)6萬t變?yōu)樵庐a(chǎn)18萬t，煤價600元/t，計算經(jīng)濟價值6000萬元。由計劃的兩個月時間縮短為35d。

實踐證明，支護加固法和卸壓法的聯(lián)合支護很適用于控制高地應(yīng)力的巷道底鼓；能為以后大采高工作面巷道在動壓區(qū)的預(yù)防措施提供參考，其實用性值得推廣。

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