沖擊地壓工作面礦壓顯現規律及區段煤柱留設應用實踐

劉洛嘉,楊超峰,席志鵬

（1.河南大有能源常村煤礦,河南 義馬 472300；2.河南大有能源新安煤礦,河南 新安 471800）

河南能源義煤公司主采煤層為2-1煤和2-3煤。河南能源義煤公司常村煤礦深部受到上覆巖層懸臂形成的應力和F16逆沖大斷層構造應力共同誘發的特厚煤層沖擊地壓的威脅， 21150工作面掘進期間煤炮頻發，已經出現了多次弱沖擊地壓事件，目前，常村煤礦面臨21采區深部開拓，其開采必定存在沖擊危險。因此，摸清21150工作面礦壓顯現規律，對研究深部開采工作面之間煤柱尺寸的留設及工作面回采過程中采取有效的防沖措施具有重要意義。

1 21150綜放工作面概況

21150綜放工作面傾向長度為180m，走向長度為983m，可采儲量2.43Mt，工作面采深為680m，平均煤厚為11m，沿2～3煤底板掘進，所采煤層為侏羅系中統下段義馬組2-3煤，為黑色長焰煤。工作面上下巷支護均采用錨網（索）架36u支架復合支護，支護凈斷面為18.5m2，支架下凈寬5.6m，凈高為4.1m，棚距為0.7～0.8m，頂幫讓壓距為0.5m，頂部背設一層鋼筋網，采用背木絞架接頂；頂錨桿為Φ22×2500mm鋼筋錨桿，幫錨桿為Φ20×2500mm全螺紋錨桿，錨桿間排距為700mm×700mm，錨索為Φ17.8×8000mm，間排距為1.5m×1.5m，均配2390藥卷1套，掛金屬菱形網。在21150綜放工作面區段回風平巷與上區段運輸平巷之間留設12m的區段煤柱。

2 觀測內容及測點布置

2.1 巷道斷面收縮率觀測

圖1 測點布置圖

如圖1所示，在巷道內離工作面10m位置及40m位置處分別設置巷道兩幫、頂底板位移測點，用米尺量測巷道斷面的變化量。

2.2 巷道內頂板變形情況

如圖1所示，在巷道內離工作面10m位置及40m位置處，孔徑42mm、孔深6m的鉆孔分別打于在每個觀測斷面頂板，頂板離層指示儀被安裝于鉆孔中，來測量頂板離層情況。

2.3 巷道煤壁的破壞情況監測

如圖1所示，在巷道內離工作面10m位置及40m位置處分別從巷道上幫向煤柱打孔，孔徑42mm、孔深10m，深基點位移計被安裝于鉆孔中，測點4個，煤柱外邊緣距其距離分別為2m、5m、8m、10m，測量煤柱距邊緣不同距離處的位移變化情況，主要觀測煤柱內的位移變化規律。

3 礦壓觀測結果分析

3.1 巷道斷面收縮率監測

巷道斷面收縮率可以用十字觀測法來觀測，監測巷道上幫、下幫、頂底板移近量位移規律。觀測結果圖2。

圖2 巷道各幫位移變化曲線

由圖2分析巷道斷面變化可得，當工作面推進至測點位置時，由于受采動的影響，工作面前方10m范圍內巷道斷面變化劇烈。當距離很大之后，頂板下沉量與下幫移近量均累積達到了130mm，并逐漸趨于穩定，仍處于可控范圍內。巷道的上幫在觀測的全過程中變形量很小，當達到最大值15mm后一直保持該值不變。通過以上分析可得：巷道斷面受采動影響變化，不受采動影響的區域巷道穩定。

3.2 巷道內頂板變形情況觀測

通過在巷道內設置的頂板離層指示儀可以實測巷道頂板的離層發育規律。觀測結果如圖3。

圖3 各測點頂板離層發育規律

從圖3可以看出，在工作面推過測點之前，1號測點和2號測點處的頂板離層值都很小，僅在5～7mm左右。當工作面推過1號測點時，巷道頂板離層開始出現增長，并且到達最大值34mm穩定。以后離層量不再增加。2號測點距離工作面更遠些，因此在時間上2號測點頂板離層較1號測點更晚些，但其大致規律都相同。仍然是工作面推過2號測點時，巷道頂板離層開始出現增長，并且到達最大值33mm穩定。以后離層量不再增加。工作面還未到達測點時的平均離層速度大約為0.23mm/m，工作面到達測點后的平均離層速度大約為0.75mm/m。從以上信息可以明顯得到，煤柱尺寸的留設起到了很大的作用，煤柱寬度合理[1-3]。

3.3 距工作面不同點處煤體位移變化規律。

由圖4可以看出，對于同一測點上距煤柱煤壁邊緣2m、5m、8m、10m點的位移呈現出增大的趨勢，并且每個基點處的位移都隨著采煤工作面向測點的趨近而逐漸增大，最后趨于穩定。由圖4中可以看出，2m、5m基點的位移比較接近并且最大僅分別為37mm、42mm。而8m處的位移達到了64mm，10m處的最大位移達到了116mm。1號測點與2號測點深基點位移變化規律基本相同，僅因為2號測點距工作面較遠的緣故，使的2號測點在時間上推遲幾日。由此可以基本推斷，煤柱靠近巷道部分的5m范圍內基本處于穩定狀態，這就保證了巷道的穩定。而8m以后，尤其是10m外在采空區附近的煤柱的位移快速增加，表示此范圍內的煤柱不穩定。綜上所述，煤柱尺寸的留設起到了很大的作用，煤柱寬度合理。

圖4 各號測點深基點位移規律

4 結論

通過對21150工作面巷道斷面變形、巷道內頂板變形情況、煤柱深部位移變化規律的檢測發現，區段煤柱的留設尺寸為12m是合理的，使得礦井安全生產條件大為改善，設備運行、維護條件改善，開機率明顯提高，而且實現了機軌合一，使得通風、運輸、行人條件持續改善，防災抗災能力增強，保證了礦井接替正常，對礦井實現持續穩產、高產、安全生產意義重大。

[1]王永秀,齊慶新.煤柱應力分布規律的數值模擬分析[J].煤炭科學技術, 2004(10):121-125.

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[7]李洪武.綜放開采區段煤柱應力分布及其尺寸優化[J]. 煤炭科學技術,2007(08):50-55.