孤岛工作面顶板矿压规律及控制技术研究

冯占文高勤琼

（1.大同市煤矿安全监管大队，山西省大同市，037034；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221116）

孤岛工作面顶板矿压规律及控制技术研究

冯占文1高勤琼2

（1.大同市煤矿安全监管大队，山西省大同市，037034；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221116）

针对新旺煤业8210孤岛工作面开采过程出现应力集中现象，对工作面顶板压力进行了连续监测，监测结果与邻近工作面顶板压力进行了对比，得出了8210孤岛工作面矿压显现规律。研究结果表明老顶来压步距为55 m，周期来压步距为15～20 m；与相邻工作面相比8210孤岛工作面具有顶板压力高，来压步距短的特点。介绍了超前支护及人工放顶相结合的矿压控制技术。

孤岛工作面 顶板压力 矿压显现 矿压控制

随着我国煤炭开采强度的不断增加，由于受地质条件及人为因素的影响，孤岛工作面的形成在所难免。孤岛工作面开采易造成应力集中，加剧了矿压显现的程度，如顶板压力较大、巷道片帮严重等，因此，严重威胁着煤矿安全生产。

目前，我国学者针对孤岛工作面开采矿压显现已进行了较多的研究。这些研究主要是通过软件模拟分析孤岛工作面矿压显现规律，但对老顶初次来压及周期来压少有提及。本文通过对山西煤运集团新旺煤业8210初采工作面顶板压力的监测，研究了初采孤岛工作面初期来压及周期来压步距，通过与前期8212回采工作面的对比，得出初采孤岛工作面具有来压步距短、峰值较大的特点。针对上述特点采取一定的控制技术，防治矿压显现现象的发生。

1　矿井工作面概况

1.1矿井工作面概况

山西煤运集团新旺煤业有限公司8210工作面布置于11#煤层402盘区中部，地面标高1337～1344 m，工作面标高990～1002 m，工作面走向长度93 m，倾向平均长度255 m，煤层厚度最小为2.6 m，最大为3.2 m，平均2.9 m，煤层倾角0°～5°。煤层老顶主要为砂泥岩互层，平均厚度为12.26 m，直接顶为灰白色细砂岩，平均厚度为7.3 m。工作面东西南部均已采空，上覆2#、3#、7#煤层已采空，形成孤岛工作面，另外，已采的工作面采用刀柱采煤方法开采，采空区由于煤柱的支承，垮落不彻底，因而上层采空区煤柱压力叠加，使得8210工作面顶板压力增加，极易产生矿压显现现象。8210工作面采用单一倾斜长壁后退式高档普采方法，一次采全高。顶板管理采用自然垮落与人工强制放顶方法。

1.2工作面支护形式

8210工作面长93 m，工作面及工作面端头均采用ZH2400/24/32悬移支架进行支护，共布置99架，两侧端头处支架增加一根前柱，以增加端头支撑力。工作面最大控顶距为3.7 m，最小控顶距为3.1 m，8210工作面布置见图1。

图1　8210工作面布置、支护及矿压监测示意图

2　矿压监测及数据对比分析

2.1矿压监测及结果分析

本次矿压监测是以工作面悬移支架的载荷为研究对象。使用DW-C型测压计对工作面悬移支架工作载荷进行监测，同时工作面的99架支架中每3架安设一个SY-60测压计，共布置33个，每10架安设一个KBV101-200A矿压监测报警仪，共安置10个，直至回采结束支柱回撤前卸下测压仪及报警装置。对工作面的悬移支架载荷进行分区监测。上部检测区靠近5210回风巷开切眼，下部检测区靠近2210运输巷开切眼，中部检测区位于工作面中部（见图1）。自8210工作面开采起，从3个监测分区中各选1个监测点随工作面推进进行连续36 d的实时监测，并对每个监测点每天的数据选出最大值进行统计分析处理，得出工作面顶板压力与工作面推进进尺之间关系曲线，见图2。

图2　8210工作面分区监测及8212工作面顶板压力与工作面推进距离曲线图

图2显示，8210孤岛工作面不同位置的顶板初次来压值不同，工作面上部区域及下部区域煤层顶板初次来压值较工作面中间区域顶板压力高，煤层顶板压力随工作面推进呈现上下波动的特点。随着工作面的推进，距开切眼55 m处，工作面上部、中部及下部检测区煤层顶板都出现了压力峰值，分别为35 MPa、30 MPa、37 MPa，随后顶板压力均开始降低。根据现场反馈的情况，此时为回采工作面的初次来压。此后，工作面上部检测区在工作面进尺到70 m、80 m、110 m、120 m、132 m、146 m处出现压力峰值，最大压力值在工作面推进到146 m处为42 MPa；中部检测区在工作面推进到80 m、115 m处出现峰值，最大压力为31 MPa，而在工作面推进到75～110 m处出现顶板压力高于工作面上、下部检测区顶板压力的现象，经查是由于两侧支柱卸压造成，通过更换支柱，随后监测的矿压恢复正常，在推进到145 m处出现顶板压力峰值，最大压力值为40 MPa；下部检测区在工作面推进到65 m、80 m、95 m、115 m、130 m、145 m出现压力峰值，最大压力值为32 MPa。通过以上分析可知靠近工作面上下巷道部分煤层顶板来压大于工作面中间部分顶板来压，因此得出工作面容易发生巷道片帮、变形等矿压显现问题。通过监测结果可推测煤层顶板初次来压步距为55 m，周期来压步距为15～20 m。

2.2邻近工作面矿压对比分析

8212工作面是8210工作面的同煤层相邻工作面，已于2010年12月1日开采完毕。根据8212工作面顶板压力记录数据做出顶板压力随工作面推进的关系曲线图，见图2，将8212工作面顶板压力与8210工作面上部监测区顶板压力对比可以看出，孤岛工作面的顶板矿压较同采区的其他工作面矿压高，顶板初次来压与周期来压步距较同采区其他工作面的短。8212工作面顶板矿压最大值为35 MPa，周期来压均值为24 MPa，顶板来压步距为65 m，周期来压步距为50～60 m，而8210工作面顶板矿压最大值为42 MPa，周期来压均值高于24 MPa，工作面老顶来压步距为55 m，周期来压步距为15～20 m。由此可以看出8210工作面比8212工作面顶板压力大，且初次来压、周期来压也快，这是由于孤岛工作面独立承担上覆岩层的矿压，造成工作面顶板应力集中。

3　矿压控制技术

对8210孤岛工作面的矿压控制采用超前支护与人工强制放顶技术相结合的方法。超前支护可以很好地分担巷道处的矿压，防止巷道片帮、变形等矿压现象发生。人工强制放顶有利于顶板压力释放；破碎的顶板充填于采空区，对上覆岩层起到一定的支撑作用，有利于工作面顶板压力的控制。

3.1超前支护矿压监测

超前工作面30 m范围内的2210运输巷与5210回风巷支护采用一梁三柱支护，配套DPB型π型钢梁，每隔2架在超前支柱的中柱上安设一个SY-40测压仪，同时，在两巷道超前支护尾端各安置2台KBV101-200A矿压监测报警仪，用以观察顶板压力，见图3。

图3　8210工作面超前支护及初次拉槽、步距放顶炮眼布置示意图

3.2人工放顶技术

结合该层位岩质及岩石碎胀性，以确定初次放顶眼和步距放顶眼的位置。

（1）初次放顶。工作面初次放顶采用沿工作面长度方向在顶板上打眼拉槽方法。工作面初次推进到放顶眼位置，在工作面上方顶板沿工作面长度方向顺序钻孔，孔距15 m，孔深15 m，倾角约13°，对顶板进行初次放顶，见图3，以释放顶板压力，保障工作面平稳推进。以后推进过程中，如工作面直接顶板悬顶面积较大时，采用强制放顶。

（2）步距放顶。初次放顶后，若顶板无法自行垮落，采取打步距放顶孔对顶板进行强制放顶。根据工作面顶板受力状况，在巷道顶板上，距离工作面适当的距离，在两巷道布置第一组步距放顶孔，见图3，钻孔方向为顺着巷道向采空区方向，炮孔深度15 m，仰角约13°。回采过程中，每隔10 m布置一组步距放顶孔，提前将药量和导爆索安装妥当。

经检测，认为超前支护及人工放顶技术结合可以很好地控制煤层顶板压力，对采区矿压显现具有良好的防治效果。

4　结论

（1）8210孤岛综采工作面上、下部分压力较工作面中部高，易造成片帮等矿压显现；工作面老顶来压步距为55 m，周期来压步距为15～20 m。

（2）通过对8210孤岛工作面与邻近8212工作面顶板压力的对比可以得出孤岛工作面顶板压力较采区其他工作面高，老顶来压及周期来压步距较同采区其他工作面短，矿压控制难度加大。

（3）超前支护及人工放顶技术相结合可以很好地控制煤层顶板压力，对矿压显现具有良好的防治效果。

［1］ 刘奎，刘长友，郭永峰等.超长孤岛综放面巷道围岩应力实测分析［J］.煤炭工程，2006（5）

［2］ 张益东，张弛，樊志强等.基于板模型的孤岛工作面主关键层破断机理分析［J］.煤炭工程，2010（9）

［3］ 阎吉太，梁广锋，安满林等.孤岛综采放顶煤工作面矿压预测预报 ［J］.中国矿业大学学报，1996（4）

［4］ 秦忠诚，王同旭.深井孤岛综放面支承压力分布及其在底板中的传递规律 ［J］.岩石力学与工程学报，2004（7）

［5］ 刘长友，刘奎，郭永峰等.超长孤岛综放面大煤柱护巷的数值模拟［J］.中国矿业大学学报，2006（4）

［6］ 黄炳香，刘长友，郑百生等.超长孤岛综放工作面煤柱支承压力分布特征研究 ［J］.岩土工程学报，2007（6）

［7］ 华心祝，刘淑，刘增辉等.孤岛工作面沿空掘巷矿压特征研究及工程应用 ［J］.岩石力学与工程学报，2011（8）

［8］ 李志华，华心祝，杨科等.采空区下孤岛工作面矿压显现规律研究［J］.煤炭工程，2013（11）

［9］ 王同旭，刘传孝，王小平.孤岛煤柱侧向支承压力分布的数值模拟与雷达探测研究 ［J］.岩石力学与工程学报，2002（S2）

［10］ 李文峰，柏建彪，伊西锋等.孤岛煤柱下沿空掘巷底鼓机制及控制技术［J］.煤炭科学技术，2010（4）

［11］ 岳崇光，黄炳香，孙开龙.深井突出煤层孤岛工作面钻孔卸压与应力转移规律研究 ［J］.中国煤炭，2014（2）

［12］ 刘宝珠.深部不规则大孤岛工作面冲击地压预测与防治技术［J］.中国煤炭，2013（6）

（责任编辑 张毅玲）

煤液化及煤化工国家重点实验室突破一批关键技术

日前，从煤液化及煤化工国家重点实验室学术委员会二届一次会议上获悉，该实验室在已取得重大成果的基础上，积极开展高温和低温费托合成多联产技术，开发煤液化产品精细化技术，不断延伸产业链，解决煤液化领域关键技术难题。

煤液化及煤化工国家重点实验室主任、陕西未来能源化工有限公司总经理孙启文介绍，该实验室在技术创新平台完善优化、煤液化及现代煤化工共性和关键技术研发方面取得了多项重大成果，完成了低温费托合成液化制油技术优化和产业化、百万吨级高温费托合成技术工艺包设计；其承担的国家 “973”计划煤液化产品深加工催化剂及基础理论研究课题通过了科技部验收，国家 “863”计划项目大型高温与低温费托合成多联产技术课题任务也已基本完成。据了解，该实验室将继续为百万吨级低温费托合成工业化示范装置提供技术支撑，完善高温和低温费托合成多联产技术，进一步降低煤液化装置能耗，优化产品方案，提高产品市场适应性；开发煤液化产品精细化加工技术，重点是低碳烯烃及α-烯烃分离、PAO技术和溶剂油生产技术等。在生产汽油、柴油、航煤等燃料油品的同时，该实验室将更多地生产烯烃、溶剂油、润滑基础油、高凝点蜡，以及以费托合成产物为原料的表面活性剂、助剂等高附加值化工产品；在开发成功MTO、MTP催化剂的基础上，加大MTO、MTP工艺过程及关键设备技术开发力度，力争早日形成具有自主知识产权的MTO、MTP技术。该实验室还将通过设置开放课题，重点开展具有基础性、前沿性和创新性的研究项目，解决煤液化领域的关键技术问题。

Study on rock pressure law and control technology of the roof of isolated working face

Feng Zhanwen1，Gao Qinqiong2
（1.Datong Coal Mine Safety Supervision Brigade，Datong，Shanxi 037034，China；2.School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

Aiming at the stress concentration in the process of coal mining in No.8210 isolated working face of Xinwang Coal Industry，the roof pressures were monitored continuously，and the monitoring results were compared with the roof pressures of nearby working face，so the strata behavior law of No.8210 isolated working face was worked out.The research results showed that mine roof weighting length was 55 m，the periodic weighting length was 15-20 m. Comparing with nearby working face，No.8210 isolated working face had high roof pressures and short weighting length.The combined rock pressure control technology was also introduced，including advance support and artificial caving.

isolated working face，roof pressure，strata behavior，rock pressure control

TD323

A

冯占文（1982-），男，山西右玉人，硕士研究生，工程师，现从事煤矿安全监管工作。