關(guān)于孤島工作面頂板礦壓規(guī)律及控制技術(shù)的探索
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目前，我國學(xué)者針對(duì)孤島工作面開采礦壓顯現(xiàn)已進(jìn)行了較多的研究。這些研究主要是通過軟件模擬分析孤島工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，但對(duì)老頂初次來壓及周期來壓少有提及。本文通過對(duì)山西煤運(yùn)集團(tuán)新旺煤業(yè)8210初采工作面頂板壓力的監(jiān)測(cè)，研究了初采孤島工作面初期來壓及周期來壓步距，通過與前期8212回采工作面的對(duì)比，得出初采孤島工作面具有來壓步距短、峰值較大的特點(diǎn)。針對(duì)上述特點(diǎn)采取一定的控制技術(shù)，防治礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象的發(fā)生。
1 礦井工作面概況
1.1 礦井工作面概況
山西煤運(yùn)集團(tuán)新旺煤業(yè)有限公司8210工作面布置于11#煤層402盤區(qū)中部，地面標(biāo)高1337～1344 m，工作面標(biāo)高990～1002 m，工作面走向長(zhǎng)度93 m，傾向平均長(zhǎng)度255 m，煤層厚度最小為2.6 m，最大為3.2 m，平均2.9 m，煤層傾角O。～5。。煤層老頂主要為砂泥巖互層，平均厚度為12. 26 m，直接頂為灰白色細(xì)砂巖，平均厚度為7.3 m。工作面東西南部均已采空，上覆2#、3#、7#煤層已采空，形成孤島工作面，另外，已采的工作面采用刀柱采煤方法開采，采空區(qū)由于煤柱的支承，垮落不徹底，因而上層采空區(qū)煤柱壓力疊加，使得8210工作面頂板壓力增加，極易產(chǎn)生礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象。8210工作面采用單一傾斜長(zhǎng)壁后退式高檔普采方法，一次采全高。頂板管理采用自然垮落與人工強(qiáng)制放頂方法。
1.2 工作面支護(hù)形式
8210工作面長(zhǎng)93 m，工作面及工作面端頭均采用ZH2400/24/32懸移支架進(jìn)行支護(hù)，共布置99架，兩側(cè)端頭處支架增加一根前柱，以增加端頭支撐力。工作面最大控頂距為3.7 m，最小控頂距為3.1 m，8210工作面布置見圖1。
2礦壓監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)對(duì)比分析
2.1 礦壓監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析
本次礦壓監(jiān)測(cè)是以工作面懸移支架的載荷為研究對(duì)象。使用DW-C型測(cè)壓計(jì)對(duì)工作面懸移支架工作載荷進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)工作面的99架支架中每3架安設(shè)一個(gè)SY - 60測(cè)壓計(jì)，共布置33個(gè)，每10架安設(shè)一個(gè)KBVIOI- 200A礦壓監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，共安置10個(gè)，直至回采結(jié)束支柱回撤前卸下測(cè)壓儀及報(bào)警裝置。對(duì)工作面的懸移支架載荷進(jìn)行分區(qū)監(jiān)測(cè)。上部檢測(cè)區(qū)靠近5210回風(fēng)巷開切眼，下部檢測(cè)區(qū)靠近2210運(yùn)輸巷開切眼，中部檢測(cè)區(qū)位于工作面中部（見圖1）。自8210工作面開采起，從3個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)中各選1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨工作面推進(jìn)進(jìn)行連續(xù)36 d的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天的數(shù)據(jù)選出最大值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，得出工作面頂板壓力與工作面推進(jìn)進(jìn)尺之間關(guān)系曲線，見圖2。
圖2顯示，8210孤島工作面不同位置的頂板初次來壓值不同，工作面上部區(qū)域及下部區(qū)域煤層頂板初次來壓值較工作面中間區(qū)域頂板壓力高，煤層頂板壓力隨工作面推進(jìn)呈現(xiàn)上下波動(dòng)的特點(diǎn)。隨著工作面的推進(jìn)，距開切眼55 m處，工作面上部、中部及下部檢測(cè)區(qū)煤層頂板都出現(xiàn)了壓力峰值，分別為35 MPa、30 MPa、37 MPa，隨后頂板壓力均開始降低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，此時(shí)為回采工作面的初次來壓。此后，工作面上部檢測(cè)區(qū)在工作面進(jìn)尺到70 m、80 m、110 m、120 m、132 m、146 m處出現(xiàn)壓力峰值，最大壓力值在工作面推進(jìn)到146 m處為42 MPa；中部檢測(cè)區(qū)在工作面推進(jìn)到80 m、115 m處出現(xiàn)峰值，最大壓力為31 MPa，而在工作面推進(jìn)到75～110 m處出現(xiàn)頂板壓力高于工作面上、下部檢測(cè)區(qū)頂板壓力的現(xiàn)象，經(jīng)查是由于兩側(cè)支柱卸壓造成，通過更換支柱，隨后監(jiān)測(cè)的礦壓恢復(fù)正常，在推進(jìn)到145 m處出現(xiàn)頂板壓力峰值，最大壓力值為40 MPa;下部檢測(cè)區(qū)在工作面推進(jìn)到65 m、80 m、95 m、115 m、130 m、145 m出現(xiàn)壓力峰值，最大壓力值為32 MPa。通過以上分析可知靠近工作面上下巷道部分煤層頂板來壓大于工作面中間部分頂板來壓，因此得出工作面容易發(fā)生巷道片幫、變形等礦壓顯現(xiàn)問題。通過監(jiān)測(cè)結(jié)果可推測(cè)煤層頂板初次來壓步距為55 m，周期來壓步距為15～20 m。
2.2 鄰近工作面礦壓對(duì)比分析
8212工作面是8210工作面的同煤層相鄰工作面，已于2010年12月1日開采完畢。根據(jù)8212工作面頂板壓力記錄數(shù)據(jù)做出頂板壓力隨工作面推進(jìn)的關(guān)系曲線圖，見圖2，將8212工作面頂板壓力與8210工作面上部監(jiān)測(cè)區(qū)頂板壓力對(duì)比可以看出，孤島工作面的頂板礦壓較同采區(qū)的其他工作面礦壓高，頂板初次來壓與周期來壓步距較同采區(qū)其他工作面的短。8212工作面頂板礦壓最大值為35MPa，周期來壓均值為24 MPa，頂板來壓步距為65 m，周期來壓步距為50～60 m，而8210工作面頂板礦壓最大值為42 MPa，周期來壓均值高于24MPa，工作面老頂來壓步距為55 m，周期來壓步距為15～20 m。由此可以看出8210工作面比8212工作面頂板壓力大，且初次來壓、周期來壓也快，這是由于孤島工作面獨(dú)立承擔(dān)上覆巖層的礦壓，造成工作面頂板應(yīng)力集中。
3 礦壓控制技術(shù)
對(duì)8210孤島工作面的礦壓控制采用超前支護(hù)與人工強(qiáng)制放頂技術(shù)相結(jié)合的方法。超前支護(hù)可以很好地分擔(dān)巷道處的礦壓，防止巷道片幫、變形等礦壓現(xiàn)象發(fā)生。人工強(qiáng)制放頂有利于頂板壓力釋放；破碎的頂板充填于采空區(qū)，對(duì)上覆巖層起到一定的支撐作用，有利于工作面頂板壓力的控制。
3.1 超前支護(hù)礦壓監(jiān)測(cè)
超前工作面30 m范圍內(nèi)的2210運(yùn)輸巷與5210回風(fēng)巷支護(hù)采用一梁三柱支護(hù)，配套DPB型丌型鋼梁，每隔2架在超前支柱的中柱上安設(shè)一個(gè)SY-40測(cè)壓儀，同時(shí)，在兩巷道超前支護(hù)尾端各安置2臺(tái)KBVIOI - 200A礦壓監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，用以觀察頂板壓力，見圖3。
3.2人工放頂技術(shù)
結(jié)合該層位巖質(zhì)及巖石碎脹性，以確定初次放頂眼和步距放頂眼的位置。
(l)初次放頂。工作面初次放頂采用沿工作面長(zhǎng)度方向在頂板上打眼拉槽方法。工作面初次推進(jìn)到放頂眼位置，在工作面上方頂板沿工作面長(zhǎng)度方向順序鉆孔，孔距15 m，孔深15 m，傾角約13o，對(duì)頂板進(jìn)行初次放頂，見圖3，以釋放頂板壓力，保障工作面平穩(wěn)推進(jìn)。以后推進(jìn)過程中，如工作面直接頂板懸頂面積較大時(shí)，采用強(qiáng)制放頂。
(2)步距放頂。初次放頂后，若頂板無法自行垮落，采取打步距放頂孔對(duì)頂板進(jìn)行強(qiáng)制放頂。根據(jù)工作面頂板受力狀況，在巷道頂板上，距離工作面適當(dāng)?shù)木嚯x，在兩巷道布置第一組步距放頂孔，見圖3，鉆孔方向?yàn)轫樦锏老虿煽諈^(qū)方向，炮孔深度15 m，仰角約13o�；夭蛇^程中，每隔10m布置一組步距放頂孔，提前將藥量和導(dǎo)爆索安裝妥當(dāng)。
經(jīng)檢測(cè)，認(rèn)為超前支護(hù)及人工放頂技術(shù)結(jié)合可以很好地控制煤層頂板壓力，對(duì)采區(qū)礦壓顯現(xiàn)具有良好的防治效果。
4結(jié)論
(1) 8210孤島綜采工作面上、下部分壓力較工作面中部高，易造成片幫等礦壓顯現(xiàn)；工作面老頂來壓步距為55 m，周期來壓步距為15—20 m。
(2)通過對(duì)8210孤島工作面與鄰近8212工作面頂板壓力的對(duì)比可以得出孤島工作面頂板壓力較采區(qū)其他工作面高，老頂來壓及周期來壓步距較同采區(qū)其他工作面短，礦壓控制難度加大。
(3)超前支護(hù)及人工放頂技術(shù)相結(jié)合可以很好地控制煤層頂板壓力，對(duì)礦壓顯現(xiàn)具有良好的防治效果。
5摘 要
針對(duì)新旺煤業(yè)8210孤島工作面開采過程出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對(duì)工作面頂板壓力進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果與鄰近工作面頂板壓力進(jìn)行了對(duì)比，得出了8210孤島工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。研究結(jié)果表明老頂來壓步距為55 m，周期來壓步距為15~20 m;與相鄰工作面相比8210孤島工作面具有頂板壓力高，來壓步距短的特點(diǎn)。介紹了超前支護(hù)及人工放頂相結(jié)合的礦壓控制技術(shù)。
