干河煤礦2-112工作面涌水壓架采場應(yīng)力分析

景建祿

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 霍州 031400）

干河煤礦主采山西組2號(hào)煤層，采用多立井多水平開拓，帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，綜合機(jī)械化開采。一水平開采山西組上組煤層，標(biāo)高+80 m；二水平開采太原組下組煤，標(biāo)高-15 m。2號(hào)煤層開采時(shí)的水文地質(zhì)為中等類型。2013年6月中旬2-112工作面發(fā)生一起涌水事故，據(jù)該面的礦壓顯現(xiàn)、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(xiàn)情況。

1 2-112工作面的概況

工作面位于干河煤礦一采區(qū)右翼，開采1號(hào)、2號(hào)煤合并層，煤層平均厚4.1 m。工作面總體處于向斜構(gòu)造軸部，副巷高、正巷低，平均傾角8°。煤層上覆50 m內(nèi)有25 m左右的厚層中細(xì)砂巖，煤層下部50 m內(nèi)有20 m左右的厚層砂巖。該工作面K2、O2灰?guī)r靜水位標(biāo)高分別為+503 m、+516 m；煤層底板標(biāo)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(chǔ)量2 200 kt。2012年12月8日裝完投入生產(chǎn)，截止2013年6月17日涌水時(shí)，正巷推進(jìn)856 m，副巷推進(jìn)844 m，剩余可采儲(chǔ)量1 010 kt。

2 工作面礦壓顯現(xiàn)及涌水壓架后的狀況

1）工作面的礦壓顯現(xiàn)情況：工作面上部（1-45號(hào)支架）周期來壓步距6.8～12.2 m，平均9.6 m；中部（46-100號(hào)支架）周期來壓步距9.9～14.3 m，平均12.3 m；下部（101-144號(hào)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(qiáng)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(dòng)影響超前100 m范圍內(nèi)巷道變形較明顯（掘進(jìn)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(jī)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(dòng)影響變化不大，（掘進(jìn)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(hào)架支架活柱少于0.5 m，個(gè)別支架因受壓曾出現(xiàn)壓死現(xiàn)象，造成支架掩護(hù)梁箱體下部開裂；28-144號(hào)架段平均采高4.0 m，個(gè)別支架掩護(hù)梁箱體下部有焊口開裂現(xiàn)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(hào)架落山側(cè)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(qū)后方下沉，使支架承載過大時(shí)間較長，而支架在最低高度的支撐狀態(tài)承載效果差，造成支架載荷向掩護(hù)梁轉(zhuǎn)移，造成支架承載過大，壓裂掩護(hù)梁箱體，導(dǎo)致支架壓損加劇。

1）正巷推進(jìn)至臨近斷層高應(yīng)力影響區(qū)域內(nèi)時(shí)，斷層導(dǎo)通承壓水經(jīng)由采動(dòng)裂隙與斷層導(dǎo)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(cè)）已斷塊體形成非穩(wěn)定的三鉸式結(jié)構(gòu)導(dǎo)通裂隙承壓水，加之該結(jié)構(gòu)的相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞的過大載荷是壓架發(fā)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(dòng)應(yīng)力集中，造成工作面支架承受較大壓力，使工作面1-20號(hào)架發(fā)生壓架事故。

2）按最大采高計(jì)算ZY9000/25.5/55型雙柱掩護(hù)式液壓支架一時(shí)能滿足該煤層頂板壓力的需要。但按支架承受載荷和動(dòng)載荷計(jì)算時(shí)，該支架工作阻力的富裕系數(shù)僅為0.56%（富裕系數(shù)較?。?，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(jī)頭三角區(qū)推進(jìn)至構(gòu)造影響區(qū)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(hù)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(hù)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(hù)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(dāng)頂板整體下沉?xí)r、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(jīng)使用四個(gè)工作面，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)約有1/3的支架掩護(hù)箱體下部均有焊縫開裂現(xiàn)象，此次支架損壞的1-27號(hào)架段支架掩護(hù)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(gòu)造帶送巷，巷道1 050～1 200 m段煤柱側(cè)距斷層20～30 m（地測探測結(jié)果），掘進(jìn)期間圍巖應(yīng)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(jìn)至此段時(shí)，受采動(dòng)影響、礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，造成巷道變形嚴(yán)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(yán)重，巷道圍巖的塑性區(qū)與斷層裂隙之間導(dǎo)通，形成導(dǎo)水通道，使K2巖層石灰?guī)r的水沿裂隙流到正巷中形成涌水；加之回采過程中動(dòng)壓巷道圍巖的影響，加劇了正巷和斷層附近的巖層破壞，導(dǎo)水通道擴(kuò)大，因此下巷大量涌水是采動(dòng)影響和斷層影響的疊加結(jié)果。

4 今后的治理工作措施

1）根據(jù)工作面地質(zhì)勘探結(jié)果、工作面現(xiàn)狀、采動(dòng)影響礦壓數(shù)據(jù)分析，建議地測部門計(jì)算安全防水煤柱留設(shè)，指導(dǎo)工作面實(shí)施方案。生產(chǎn)部門和隊(duì)組根據(jù)防水煤柱留設(shè)要求設(shè)計(jì)施工，并及時(shí)制定施工方案的安全技術(shù)措施。

2）加強(qiáng)工作面及兩巷超前支撐壓力影響和影響強(qiáng)度的觀測，采用在線裝備對(duì)巷道圍巖的頂?shù)装逡平?、兩幫回縮的巷道圍巖變形規(guī)律觀測，做到科學(xué)預(yù)警、超前控制。

3）按防水煤柱留設(shè)后的生產(chǎn)情況，重新安排礦井下一步的采掘銜接，理順銜接關(guān)系。

4）對(duì)2-112工作面的出現(xiàn)問題及解決情況及時(shí)總結(jié)，為科學(xué)合理指導(dǎo)礦井生產(chǎn)收集寶貴經(jīng)驗(yàn)資料。

[1] 付文安，許延春，高化軍.高莊煤礦1501工作面頂板砂巖水的預(yù)計(jì)與預(yù)防[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2003（5）：42-44.

[2] 許家林，蔡?hào)|，付昆嵐.鄰近松動(dòng)承壓含水層開采工作面壓架機(jī)理與防治[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007（2）：32-34.

[3] 許延春.綜放開采防水煤巖柱保護(hù)層的“有效隔水厚度”留設(shè)方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，2005，30（3）：306-308.

[4] 王曉振.松散承壓含水層下采煤壓架突水災(zāi)害發(fā)生條件及防治研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2012.

[5] 鞠金峰，許家林，朱衛(wèi)兵，等.近距離煤層工作面出傾向煤柱動(dòng)載礦壓機(jī)制研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（1）：15-20.