孤島工作面采場與兩巷支護研究

王仰金,劉傳茂,吳長青

（山東宏河礦業集團橫河煤礦,山東 鄒城 273500）

1 孤島采場存在的問題

1.1 四面“孤島”開采礦壓控制的理論與工程問題

此類采場最大的安全威脅是：

（1）覆巖運動造成“孤島”煤柱突然破裂而發生沖擊地壓；

（2）煤柱逐漸破裂之后快速變形，擠出的煤體封堵兩巷；

（3）當煤柱變小和采場推過煤柱后，覆巖結構的突然失穩造成支架的沖擊載荷，以及大面積片幫“壓死”運輸機。

1.2 四面“孤島”開采礦壓控制的工程問題

（1）煤柱失穩造成的災害形式及其判定方法。隨采場推進，煤柱越來越小，此時煤柱是以沖擊形式還是以快速變形形式破壞，以及如何在工程中準確判定，是保障采場安全的第一個關鍵工程問題。

（2）煤柱失穩災害的控制技術。如何針對災害的形式和程度，采取有效的技術措施控制災害，是保障采場安全的第二個關鍵工程問題。具體來講，就是沖擊地壓、巷道圍巖快速移近和采場煤壁大面積片幫的控制技術。

2 工作面概況

新434工作面地面相對位于邢家村東，鮑店礦南風井北，地面標高為＋42～＋44米。該區內地面為一分層回采后形成的塌陷區，工作面的回采對地表有一定的影響。工作面為3煤四分層綜采放頂煤工作面，煤厚8.9米，一分層已開采完畢，采厚2.2米，剩余煤厚6.7米，傾角8°～15°。該工作面上方為新431工作面采空區，北部為新534工作面采空區，南為新334工作面采空區。東為井田邊界保護煤柱，西接一采區擴大區軌道運輸巷、皮帶運輸巷。為典型孤島開采工作面。

3 工作面支護

該工作面頂板管理采用全部跨落法，實行全支護法管理。工作面采用基本液壓支架ZF2800/16/24型低位放頂煤支架支護。上下端頭各配置2架ZFG3200/17/27H型過渡支架進行支護。安全出口分別采用4.4 m ∏型鋼配合DW25-250/100型單體液壓支柱支護，順槽抬棚兩側各二對四梁，交替邁步前移，一梁三柱。液壓支架支護強度驗算。

3.1 合理支護強度的計算

（1）經驗計算支護強度:

（2）選取表七中，最大平均支護強度為：380 kn/m2，431.64 KN/m2＞380 KN/m2，所以選取431.64KN/m2為工作面合理的支護強度。

3.2 液壓支架支護強度驗算: Q = Pt×F = 431.64×5.85 = 2525.09（KN）

F:支架的支護面積，5.85 m2。所選液壓支架的工作阻力為2800KN，2800KN＞2525.09KN，滿足工作面支護強度要求。

3.3 選擇合理的控頂距

根據支架要求，工作面最大控頂距：3900mm ，最小控頂距：3300mm。根據工作面條件與支架適應條件對照表1可以看出，選用ZF2800－16/24型支架，滿足頂板管理支護強度需要，滿足底板比壓值要求。通過對比、驗算，證明選用ZF2800-16/24型支架能滿足要求。

4 工作面兩巷支護

4.1 支護要求

軌道順槽和運輸順槽內的超前支護為不破壞原有支護分別使用正巷回撤的原棚配合DW25-250/100型單體液壓支柱在原棚正中復棚支設超前支護，支護距離≥30米。

4.2 支護密度

軌道順槽超前支護的柱距為1.0米、棚距為0.5米，運輸順槽超前支護的柱距為0.8米、棚距為0.4米，兩支柱打在兩邊牙科內側。

4.3 支護質量控制標準

（1）支護縱橫成線，偏差為±100 mm，原棚腿脫離牙科時，及時用點柱將棚腿回撤。（2）支柱應支到實底，并做到迎山有力，單體液壓支柱的初撐力≥50 KN（6.37MPa）。（3）兩巷高度≥1.8米，行人寬度≥0.8米，單體支柱活柱行程≥150 mm。（4）軌道與運輸巷達到規定的距離，每班隨著正巷回撤的支柱，隨補充順槽的超前支護，支柱達到初撐力，每棵支柱掛牢防倒繩，無泄液支柱，且背好幫頂。（5）兩巷單體支柱鉆底量超過100mm時，支柱必須穿鞋；如鉆底量過大可以按照先穿木鞋（礦用小板梁）、木鞋的上部再穿鐵鞋的順序進行。

5 礦壓觀測

工作面的礦壓觀測研究內容主要有：支架阻力觀測、順槽超前支護范圍內單體液壓支柱阻力觀測以及支護質量動態觀測。

5.1 觀測方法

（1）支架阻力觀測。工作面支架每隔5架，在支架前后立柱上安設數顯式礦壓表，每班由一名專職觀測人員專門負責觀測支架前后柱工作阻力的變化情況，在觀測時必須做好記錄。用單體支柱檢測儀檢測兩順槽超前支護單體及兩端頭支護單體受力的變化情況。并每天及時上交質檢科以便反饋壓力情況。（2）統計觀測。沿工作面傾斜方向每隔5架為一觀測剖面，礦壓部門每（班）統計一次端面頂板破碎及煤壁片邦情況（包括頂梁后距、片邦、冒頂超過0.5米以上的區域有頂板破碎情況），統計老塘頂板冒落狀況和支架因頂板壓力損壞的部件等。

5.2 順槽的礦壓觀測

順槽超前支護范圍內的單體液壓支柱阻力的觀測：在工作面推進60米后，分別在兩巷超前支護范圍外端安設2-3臺單體支柱壓力自動儀，連續觀測單體支柱支護阻力的變化情況，每天換表紙一次，觀測3-5個循環。測站處同時設置一組頂板移近量觀測點，以便分析巖石變形時，支柱阻力的變化情況。

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