大采高工作面動壓區的防治與研究

劉 揚，杜學敏

（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域、河南區域、南山區域。南山區域現主采12號煤層402盤區，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，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（2011年6月開采結束），西部為盤區輔助皮帶巷，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。

工作面偽頂為深灰色砂質頁巖，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（正處于應力集中區）；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工作面巷道動壓區顯現特點及應力分析

1）大采高隊12號煤層402盤區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范圍內出現沖擊來壓兩次，集中表現為：a.底鼓是最為突出的動壓顯現之一。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，甚至發生巷道頂板坍塌，維護極為困難。b.鄰采空區煤柱炸幫，炸幫深度大1.2～2.5 m，炸幫長45 m，煤柱側護幫錨栓及護網全部失效。c.頂底板移近量突增，發生底鼓也伴隨著頂板的下沉和斷裂現象。d.工作面尾部區域的支架工作阻力最高達45 MPa，有12架支架安全閥出現卸載。

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

3）分析壓力情況：a.5210巷南鄰8212面采空區(2011年6月結束開采)老頂仍在活動期間，5210巷煤柱側受8212面采空區老頂活動影響并不穩定，對8210工作面產生左向側向應力。b.尾巷376～542m為上覆9號實體煤層；煤柱應力集中區一般影響為前后30～60 m，最大可達到100 m，對8210面產生垂直應力。c.兩次壓力均為8210工作面正處于周期來壓步距；礦壓曲線圖顯現壓力值有明顯增阻，也對8210面產生后方水平應力。d.在采動垂直應力和水平應力的作用下，巷道兩幫首先發生破壞，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，兩幫的應力集中區轉移到巖體的深部，煤柱對底板的約束作用減弱；然后在強大的水平應力作用下擠壓底板巖體向巷道內流動。

3 預防措施

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定性，間接導致巷道圍巖整體失穩。只有在動壓區對巷道進行一定的治理才是根本之策。為預防再次發生沖擊來壓，根據現場情況和相關理論綜合考慮，采用支護加固法和卸壓法聯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生結構性欲裂破壞，在圍巖深部形成一個弱化帶，使巷道圍巖的高應力區向深部轉移，使其圍巖處于低應力區，有利于巷道圍巖的穩定。具體措施如下：a.在12號煤層8210工作面5210巷煤柱側垂直施工卸壓孔的方式。b.根據尾巷斷面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）針對尾巷煤柱側炸幫嚴重，頂板移近量大的現象，決定在貼近煤柱側支設一排，間距0.5m。

3）工作面尾巷超前液壓單體的數量進行增加，由原來的兩梁兩柱變為一梁三柱，間距由1.5m變為1m。

4）加強對頂板的支護，采用“錨+網+梁”聯合支護方式，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報，尾巷采用在應力集中區施工頂板離層監測儀觀測；要求技術科礦壓組三班對微觀和宏觀變化進行記錄和數據分析。

4 技術創新和技術效益

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

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

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

2）采取錨網支護，它與圍巖共同承載，既能釋放圍巖的應變能，又可以保持巷道圍巖不發生失穩破壞。

3）未采取措施前工作面為每天推進2刀1.5 m，采取預防措施后每天推進7刀，由原計劃月產6萬t變為月產18萬t，煤價600元/t，計算經濟價值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合支護很適用于控制高地應力的巷道底鼓；能為以后大采高工作面巷道在動壓區的預防措施提供參考，其實用性值得推廣。

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