干河煤礦2-112工作面涌水壓架采場應力分析

景建祿

（1.太原理工大學 礦業工程學院，太原 030024；2.霍州煤電集團有限責任公司，山西 霍州 031400）

干河煤礦主采山西組2號煤層，采用多立井多水平開拓，帶式輸送機運輸，綜合機械化開采。一水平開采山西組上組煤層，標高+80 m；二水平開采太原組下組煤，標高-15 m。2號煤層開采時的水文地質為中等類型。2013年6月中旬2-112工作面發生一起涌水事故，據該面的礦壓顯現、老山涌水、支架壓損情況，分析了該面6月15日-7月30日的礦壓顯現情況。

1 2-112工作面的概況

工作面位于干河煤礦一采區右翼，開采1號、2號煤合并層，煤層平均厚4.1 m。工作面總體處于向斜構造軸部，副巷高、正巷低，平均傾角8°。煤層上覆50 m內有25 m左右的厚層中細砂巖，煤層下部50 m內有20 m左右的厚層砂巖。該工作面K2、O2灰巖靜水位標高分別為+503 m、+516 m；煤層底板標高 +66～+170 m，K2帶 壓 4.37～3.33 MPa，O2帶 壓4.56～3.46 MPa；回采期間涌水量5～10 m3/h。工作面順槽長度正巷2 450 m，副巷1 680 m,切巷250 m，可采儲量2 200 kt。2012年12月8日裝完投入生產，截止2013年6月17日涌水時，正巷推進856 m，副巷推進844 m，剩余可采儲量1 010 kt。

2 工作面礦壓顯現及涌水壓架后的狀況

1）工作面的礦壓顯現情況：工作面上部（1-45號支架）周期來壓步距6.8～12.2 m，平均9.6 m；中部（46-100號支架）周期來壓步距9.9～14.3 m，平均12.3 m；下部（101-144號支架）周期來壓步距8.9～11.1 m，平均9.9 m。老頂周期來壓步距平均10.6 m。周期來壓期間工作面上部壓力40.9～44.4 MPa,平均42.7 MPa；中部壓力 38.4～42.3 MPa，平均為 0.9 MPa；下部壓力40.7～43.8 MPa，平均值41.9 MPa。該工作面周期來壓強度38.4～44.4 MPa，平均41.8 MPa。

2）工作面涌水壓架后狀況：2-1121面巷受采動影響超前100 m范圍內巷道變形較明顯（掘進巷道寬5 m、高3.8 m），巷道平均回縮1 m，平均底鼓1.2 m；回采機頭處最大回縮1.7m，最大底鼓1.7m，頂板下沉0.3 m。2-1122面巷受采動影響變化不大，（掘進巷道寬5 m、高3.8 m），巷道平均回縮0.2 m，底鼓0.1 m。2-112工作面1-27號架支架活柱少于0.5 m，個別支架因受壓曾出現壓死現象，造成支架掩護梁箱體下部開裂；28-144號架段平均采高4.0 m，個別支架掩護梁箱體下部有焊口開裂現象。2-1122面巷變形不明顯。

3 工作面支架損壞原因分析

2-112工作面采高4 m左右，采場的支架載荷比中厚煤層綜采面高10%～30%，使支架所需控制的頂板層位增高，而工作面6-27號架落山側頂板未冒落，造成頂板上覆巖層的加劇下沉影響，頂板巖層懸臂作用由采空區后方下沉，使支架承載過大時間較長，而支架在最低高度的支撐狀態承載效果差，造成支架載荷向掩護梁轉移，造成支架承載過大，壓裂掩護梁箱體，導致支架壓損加劇。

1）正巷推進至臨近斷層高應力影響區域內時，斷層導通承壓水經由采動裂隙與斷層導水裂隙的相互作用，靠近正巷附近的采場圍巖（臨近斷層一側）已斷塊體形成非穩定的三鉸式結構導通裂隙承壓水，加之該結構的相對回轉運動傳遞的過大載荷是壓架發生的重要原因；并且斷層的切割作用造成正巷和工作面采動應力集中，造成工作面支架承受較大壓力，使工作面1-20號架發生壓架事故。

2）按最大采高計算ZY9000/25.5/55型雙柱掩護式液壓支架一時能滿足該煤層頂板壓力的需要。但按支架承受載荷和動載荷計算時，該支架工作阻力的富裕系數僅為0.56%（富裕系數較小），而且工作面端頭支架與過渡支架工作阻力、安全閥開啟值與中間支架相同。因支架頂梁長度不同、機頭三角區推進至構造影響區域造成端頭架、過渡架壓死損壞（工作面支架選用137架ZY9000/25.5/55型雙柱掩護式液壓支架做中間架，頂梁長4 145 mm，5架ZYDT9000/25.5/55型雙柱掩護式液壓支架做端頭支架，頂梁長5 205 mm，2架ZYGD9000/25.5/55型雙柱掩護式液壓支架做過渡支架，頂梁長4 855 mm）。

3）該工作面上部、中部、下部支架載荷的頻度分布不均勻。上部頻度集中在15～35 MPa，中部頻度集中在30～45 MPa，下部頻度集中在30～50 MPa。上部支架載荷頻度偏低于中部和下部支架載荷頻度，較低的初撐力使支架緩慢承受頂板的壓力，當頂板整體下沉時、支架無力再將頂板支撐起來，造成工作面壓架事故。

4）該工作面支架已經使用四個工作面，現場檢查發現約有1/3的支架掩護箱體下部均有焊縫開裂現象，此次支架損壞的1-27號架段支架掩護梁箱體下部損壞，開焊開裂處存在斷裂舊痕，反映支架工作阻力選型偏低，使用中的載荷過大，造成損壞。

5）該工作面皮帶巷沿構造帶送巷，巷道1 050～1 200 m段煤柱側距斷層20～30 m（地測探測結果），掘進期間圍巖應力明顯，頂板破碎、巷道兩幫回縮0.3 m、底鼓0.4 m，工作面推進至此段時，受采動影響、礦壓顯現強烈，造成巷道變形嚴重和工作面前部支架受壓。

6）受回采及斷層影響巷道頂板破壞嚴重，巷道圍巖的塑性區與斷層裂隙之間導通，形成導水通道，使K2巖層石灰巖的水沿裂隙流到正巷中形成涌水；加之回采過程中動壓巷道圍巖的影響，加劇了正巷和斷層附近的巖層破壞，導水通道擴大，因此下巷大量涌水是采動影響和斷層影響的疊加結果。

4 今后的治理工作措施

1）根據工作面地質勘探結果、工作面現狀、采動影響礦壓數據分析，建議地測部門計算安全防水煤柱留設，指導工作面實施方案。生產部門和隊組根據防水煤柱留設要求設計施工，并及時制定施工方案的安全技術措施。

2）加強工作面及兩巷超前支撐壓力影響和影響強度的觀測，采用在線裝備對巷道圍巖的頂底板移近、兩幫回縮的巷道圍巖變形規律觀測，做到科學預警、超前控制。

3）按防水煤柱留設后的生產情況，重新安排礦井下一步的采掘銜接，理順銜接關系。

4）對2-112工作面的出現問題及解決情況及時總結，為科學合理指導礦井生產收集寶貴經驗資料。

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