大傾角孤島煤柱綜合防治技術(shù)研究

王金鋒

摘 要：平煤股份十礦是一座年產(chǎn)3.0Mt的大型高瓦斯突出礦井，東大巷煤柱開采工作地點作為十礦第一個大傾角高應(yīng)力孤島煤柱，安全完成采準(zhǔn)、切割的礦石開采過程顯得非常重要，但由于孤島煤柱的應(yīng)力比較集中，且煤層賦存傾角大，回采期間防突、防沖以及瓦斯綜合治理就成了回采過程中的管理重點，同時頂板碎，易冒落、片幫，在支架對頂板支護稍有不力的情況下，極易造成冒頂、倒架、片幫等事故，嚴(yán)重影響工作面正常安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：頂板支護；采面；安全生產(chǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.088

1 采面概況

東大巷煤柱工作面位于十礦北翼中區(qū)東翼，屬-320水平東大巷煤柱。工作面地面標(biāo)高+170～200m，工作面標(biāo)高-210～-350m，埋深380～550m。本煤層組的上部戊8煤層，厚度0.8～1.0m，與戊9-10煤層間距5～12m，東薄西厚，下部戊11煤層厚度1.6 m，與戊9.10煤層有0.4m的夾矸，均未回采。

工作面所采煤層為戊9.10煤層，煤厚3.8～4.3m，其中戊9煤層1.0～1.5m；戊10煤厚2.8～3.1m，戊9與戊10夾矸為0～0.2m左右，傾角20°～27°。有效走向757.5m，切眼斜長248.2m，采高3.0m，儲量98.44萬噸。

2 大傾角孤島煤柱工作面頂板控制技術(shù)研究

2.1 工作面頂板、底狀況分析

戊9煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度5-12m，東薄西厚，其上為0.8m的戊8煤層，戊8煤層頂板為>17m的細(xì)-中粒砂巖。戊10與戊11夾矸0.4m左右，戊11煤厚1.6m，底板為>20m的泥巖及砂質(zhì)泥巖，其下為>10m的中粒砂巖。

2.2 頂板支護方式設(shè)計

由于所采煤層為戊9、戊10合層，設(shè)計采高3m，底板還有1.1m左右的戊10煤沒有開采，頂板為灰色砂質(zhì)泥巖易垮落，巖層硬度系數(shù)f=2～3。因此具有典型的頂軟、底軟特性，給回采工作造成很大的困難。

東大巷煤柱屬于被四周圍采空區(qū)壓力圍攻的孤島，表現(xiàn)出較高的應(yīng)力現(xiàn)象。在機、風(fēng)巷掘進施工中，巷道受到外界因素影響，會出現(xiàn)較大的變形量。因此，要根據(jù)實際情況選擇合理支護方式，保證風(fēng)機兩巷安全，為正常開采奠定基礎(chǔ)。

2.3 頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

頂板的垮落特性分析：參考其它資料和常規(guī)數(shù)據(jù)，可以猜想到孤島開采面的支撐壓力，主要為孤島開采面之上覆蓋的重物和兩側(cè)板或梁所承受的重力，這也是單獨煤柱實際工作區(qū)域承受壓力比正常工作面大的主要原因。

2.4 大傾角孤島綜采工作面頂板礦壓顯現(xiàn)特點

孤島工作面風(fēng)、機巷超前支承壓力、巷道頂?shù)装逡平俣?、頂?shù)装逡平?、頂?shù)装逡平俣取⒊坝绊懛秶陀绊懨黠@區(qū)都顯著偏大。

當(dāng)采煤工作繼續(xù)進行，基本頂懸掛暴露的跨度達到極限長度時，其在自重和上部巖層荷載作用下，會沿煤層暴露面甚至在煤壁內(nèi)發(fā)生折斷和垮落，這一間距較小，同時，當(dāng)煤層暴露面被折斷和跨落時，容易被壓碎，并向“空洞”處散落。由此可見，獨立開采區(qū)域煤體支承壓力較大，且在一定區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)應(yīng)力集中，另外，其來壓步距較小，在一定程度上，能夠反應(yīng)出上部巖層受兩側(cè)開采工作影響較大。

開采面的來壓具有的順序性，并隨著開采面傾斜而發(fā)生變化。當(dāng)開采面傾斜中部或中上部區(qū)域鄰近巖層表現(xiàn)為劇烈運行狀態(tài)時，開采面傾斜下部區(qū)域鄰近巖層為穩(wěn)定狀態(tài)，因此，開采面中部或中上部最先出現(xiàn)來壓顯現(xiàn)，間隔幾天時間后，開采面下部區(qū)域開始出現(xiàn)來壓顯現(xiàn)特征。工作面傾斜中、上部區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)要明顯大于下部區(qū)域。

3 孤島煤柱沖擊地壓分析

煤層沖擊傾向性：煤體本身強度較高，在較大應(yīng)力作用下，煤體發(fā)生彈性形變，能夠產(chǎn)生較大的彈性能。當(dāng)煤體受到其他因素干擾，其彈性能量將瞬間爆發(fā)，即煤層具備產(chǎn)生沖擊地壓客觀原因。

圍巖性質(zhì)：當(dāng)賦存在煤層之上的鄰近巖層大面積懸空且為堅硬的厚巖層時，會由于自身發(fā)生出現(xiàn)形變而出現(xiàn)變形能，而且其附近底板（特別是基本頂斷裂處）容易產(chǎn)生較高的支承壓力。由于基本頂斷裂而產(chǎn)生多余的荷載，其能夠通過傳遞梁巖傳遞到煤層上。此時，彎曲的頂板能夠起到封閉煤層中彈性能的作用，使煤體夾持區(qū)域產(chǎn)生較高的應(yīng)力，并積累大量的彈性能。

4 采面頂板支護

（1）采面擬使用ZY4000-17/37掩護式液壓支架支護頂板，自動垮落法處理老空頂板。

（2）支架布置方式。采面支架布置呈兩直線，機頭兩架、機尾三架呈一直線，其余支架排一直線。

（3）礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析。結(jié)合現(xiàn)場實際觀察，可以得出：隨著工作區(qū)域的持續(xù)擴大，采空區(qū)域頂板暴露面積增大，同時，頂板的壓力和支架的工作阻力都會發(fā)生變化?；卷敵醮纹屏言诓擅汗ぷ髅嬉鸬V壓顯現(xiàn)時，工作區(qū)域中部壓力較大，中部來壓時循環(huán)末阻力為3905KN，為支架額定工作阻力的97.6%。機頭部、機尾部來壓時循環(huán)阻力分別為正常工作時所能達到工作阻力的93.8.%和79.5%。整個工作面距切頂線的平均距離為9m。

5 大傾角孤島煤柱頂板的控制與管理

5.1 機（風(fēng)）巷超前支護

風(fēng)巷采用雙排點柱支護方式，在距煤壁50m范圍內(nèi)打雙排點柱，50m外到停采線以外100m處打一排木點柱加強支護，行距0.8m，排距1.5m，頂板破碎時可適當(dāng)加密。

機巷轉(zhuǎn)載機上、下幫采用DZ25～DZ35型單體液壓支柱配合HDJA-1000型鉸接頂梁沿走向架設(shè)托棚，長度50m。

5.2 采面頂板管理

使用GRB315/31.5型大流量乳化液泵供液，滿足支架大流量需求，提高了支架動作速度，減少了頂板暴露面積和時間，防止頂板下沉冒落。

使用大流量乳化液泵供液，有效地減少了系統(tǒng)泵壓損失，確保支架的初撐力達到要求，從而有效地，克服了頂板易脫層、下沉的缺陷，增加了頂板的穩(wěn)定性和完整性。

參考文獻：

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