大采高工作面动压区的防治与研究

刘 扬，杜学敏

（大同煤矿集团 晋华宫矿，山西 大同 037016）

晋华宫矿煤田主要分为河北区域、河南区域、南山区域。南山区域现主采12号煤层402盘区，剩余4个工作面，平均煤层厚度5.7 m，为大采高工作面，剩余可采储量728万t，预计可采期5 a；从2011年6月开始采用一次采全高的大采高设备。

1 12号煤层8210工作面概况

晋华宫矿南山12号煤层402盘区8210工作面走向长1700m，工作面长度163.7m，煤层平均厚度5.7 m。工作面可采走向长1 630 m，工作面中部有240 m煤层变薄区，工作面里面可采走向590 m，外部可采长度800 m。工作面北为正在开拓的5208巷，南部为8212面采空区（2011年6月开采结束），西部为盘区辅助皮带巷，东部为实体煤。工作面采用沿顶留底的采煤法，上覆9号煤层工作面煤柱375～542m。

工作面伪顶为深灰色砂质页岩，厚度0.8～1.05/0.9 m；直接顶为深灰色细砂岩，厚度0～4.16/2.3 m，夹小层粉砂岩分布在东部区（正处于应力集中区）；老顶为中粗砂岩，厚度13.57～21.06/18.2 m，灰白色中粗砂岩含有FeS2煤条。工作面设备配套：MG-1100/2760-GW型双滚筒采煤机一部，ZZ13000/28/60型支撑掩护式支架98架，SGZ1000/1400型刮板输送机一部，SZZ-1000/375桥式装载机一部，DTL-120/120/3×250型可伸缩带式输送机一部。

2 8210工作面巷道动压区显现特点及应力分析

1）大采高队12号煤层402盘区8210面9月8日夜班，当5210巷推采至286 m和330 m时，巷道超前200 m范围内出现冲击来压两次，集中表现为：a.底鼓是最为突出的动压显现之一。局部地段底鼓量达1m以上，走向长度达到60m，巷道断面收缩率达30%以上，甚至发生巷道顶板坍塌，维护极为困难。b.邻采空区煤柱炸帮，炸帮深度大1.2～2.5 m，炸帮长45 m，煤柱侧护帮锚栓及护网全部失效。c.顶底板移近量突增，发生底鼓也伴随着顶板的下沉和断裂现象。d.工作面尾部区域的支架工作阻力最高达45 MPa，有12架支架安全阀出现卸载。

2）5210巷压力区可分为三个区域：工作面前方70 m内，巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量变形剧烈区；工作面前方70～120 m内，巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量变形趋缓区；工作面前方120～170 m内，巷道底鼓量、顶板下沉量和两帮移近量变形稳定区。

3）分析压力情况：a.5210巷南邻8212面采空区(2011年6月结束开采)老顶仍在活动期间，5210巷煤柱侧受8212面采空区老顶活动影响并不稳定，对8210工作面产生左向侧向应力。b.尾巷376～542m为上覆9号实体煤层；煤柱应力集中区一般影响为前后30～60 m，最大可达到100 m，对8210面产生垂直应力。c.两次压力均为8210工作面正处于周期来压步距；矿压曲线图显现压力值有明显增阻，也对8210面产生后方水平应力。d.在采动垂直应力和水平应力的作用下，巷道两帮首先发生破坏，整个巷道都位于较松软破碎的岩层中，这时巷道周边的围岩松动圈很大，两帮的应力集中区转移到岩体的深部，煤柱对底板的约束作用减弱；然后在强大的水平应力作用下挤压底板岩体向巷道内流动。

3 预防措施

开始处理底鼓的主要方法是起底，并增加超前支护的数量，多次起底不仅会使巷道维护费用显著增加，还会影响巷道两帮和顶板的稳定性，间接导致巷道围岩整体失稳。只有在动压区对巷道进行一定的治理才是根本之策。为预防再次发生冲击来压，根据现场情况和相关理论综合考虑，采用支护加固法和卸压法联合支护具体方案如下：

1）卸压孔的合理布置，可使钻孔远端围岩发生结构性欲裂破坏，在围岩深部形成一个弱化带，使巷道围岩的高应力区向深部转移，使其围岩处于低应力区，有利于巷道围岩的稳定。具体措施如下：a.在12号煤层8210工作面5210巷煤柱侧垂直施工卸压孔的方式。b.根据尾巷断面4.3 m×3.5 m，卸压孔采用双排布置，间距3 m，排拒1 m，上排卸压孔距顶板1 m。c.钻机采用ZYJ296/168J架柱式液压回转钻机，卸压孔采用φ108 mm，考虑保护煤柱20m宽，孔深采用10m。d.要求施工采用从工作面里部向推采方向的施工顺序，为保证施工人员安全要施工地点距工作面不少于50m距离。

2）针对尾巷煤柱侧炸帮严重，顶板移近量大的现象，决定在贴近煤柱侧支设一排，间距0.5m。

3）工作面尾巷超前液压单体的数量进行增加，由原来的两梁两柱变为一梁三柱，间距由1.5m变为1m。

4）加强对顶板的支护，采用“锚+网+梁”联合支护方式，增强顶板在来压时的整体性。

5）加大对工作面尾巷的宏观和微观的观测，微观采用仪表观测和来压预报，尾巷采用在应力集中区施工顶板离层监测仪观测；要求技术科矿压组三班对微观和宏观变化进行记录和数据分析。

4 技术创新和技术效益

大采高工作面巷道在动压区的“支护加固法和卸压法的联合支护”预防措施，取得了预期的目标；也可为采动压力大、巷道断面大、集中应力大的特殊区域的支护方案提供实际依据。

通过几次动压回采观测，没有发生较大变形，成功地实现了预防目标；运用上述预防措施获得了显著的效益，具体表现为：

1）施工卸压孔的优点。卸压工作量小，施工方便，施工速度较快，不影响回采工作。

2）采取锚网支护，它与围岩共同承载，既能释放围岩的应变能，又可以保持巷道围岩不发生失稳破坏。

3）未采取措施前工作面为每天推进2刀1.5 m，采取预防措施后每天推进7刀，由原计划月产6万t变为月产18万t，煤价600元/t，计算经济价值6000万元。由计划的两个月时间缩短为35d。

实践证明，支护加固法和卸压法的联合支护很适用于控制高地应力的巷道底鼓；能为以后大采高工作面巷道在动压区的预防措施提供参考，其实用性值得推广。

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