復雜條件下大采高孤島采場圍巖控制研究與實踐

牛 偉

（山東省新汶礦業集團翟鎮煤礦，山東271204）

新汶礦業集團翟鎮煤礦3408孤島采場在高應力、大采高、直接頂破碎、基本頂堅硬等諸多不利條件下，通過優化巷道和采場支護方式、改進生產工藝、提升現場管理，采場正規循環率始終保持在較高水平。

1 生產技術條件

3408 孤島采場位于三采擴大區東北角，埋深392～422m，煤厚2.75～3.3m，平均煤厚3m，傾角10°～17°，采場走向長度160m，傾向長度980m。其東部為落差72m、傾角68°的F6大斷層，F6大斷層以北48m為二采區2403采空區，西部是三采擴大區集中軌道巷，南部為3407采空區，北部為落差65m、傾角75°的F2大斷層，F2大斷層以北50m為四采區4401采空區。采場中小斷層發育，頂板破碎，生產條件、地質條件復雜，是典型的高應力大采高孤島采場，其頂底板巖性見表1。

表1 3408采場頂底板巖性

2 巷道圍巖控制

2.1 順槽掘進期間支護方式

順槽沿四層煤頂板掘進，凈高2.8m，凈寬3.8m，采用錨帶網加錨索的“＋”聯合支護方式。錨帶網支護使用3.5m“M”型鋼帶護頂，頂板、兩幫均使用Φ20mm×L2500 m全螺紋等強錨桿，每根金屬錨桿使用2塊樹脂藥卷加長錨，頂板、兩幫鋪設金屬菱形網。錨索選用6.5m高強度、低松弛、黏結式鋼絞線，托盤為16號槽鋼，錨索布置在巷道頂板中央。當頂板破碎、巷道壓力大、過斷層時永久支護跟迎頭。

2.2 回采期間順槽圍巖控制

（1）采場180m以外的區段重點抓好巡查和個別地點的整修。采場以外30～180m之間的區段，沿順槽兩幫以單體支柱配鉸接頂梁進行支護，支柱初撐力不低于18 MPa，必須穿鐵鞋。

（2）超前支護區段采用ZCZ9040／24／55型懸移支架。該支架的優點是：支護強度高，重量較輕，便于操作，尤其適用于變形量較大的巷道支護和現場施工。技術參數：采高2.2～3.0m；支柱高2.8m、2.5m；支柱缸徑125mm；支柱數量6根；支護寬755mm；支護強度0.64～0.77MPa；支柱提腿力170kN；移架步距1200mm；支架初撐力2400kN；工作阻力2400kN；支架重量2300kg；前探梁行程1200mm。

3 采場上覆巖層控制

3.1 綜采支架與上覆巖層的相互作用關系

直接頂為平均厚度4.5m的灰色細砂巖，該條件下直接頂冒落矸石只能部分充填采空區，基本頂觸矸下沉量在1.6m左右，支架與上覆巖層的關系主要是定變形關系，進一步增加了頂板控制的難度。即：

式中：P為基本頂在觸矸處的沉降量；M為煤層厚度，取3 m；Mz為直接頂厚度，取4.5m；K為直接頂碎漲系數，取1.3。

經計算，P＝1.65m。

3.2 具體措施

（1）強化支護強度管理。上下端頭采用ZY5000／26／55型切頂液壓支架，中部選用ZY3400／14／32型綜采支架。切頂支架具有較高的工作阻力，可及時將上下端頭采空區的頂板切落，減輕采場壓力。技術參數：

①ZY5000／26／55型切頂液壓支架：工作阻力5000 kN；初撐力3866kN；支架高度2600～5500mm；支架寬度1430～1600mm；支護強度0.80～0.86MPa；支架中心距1500mm；支架重量26000kg。

②ZY3400／14／32型綜采支架：工作阻力3400kN；初撐力2616kN；支架高度1400～3200mm；支架寬度1430～1600mm；支護強度0.57～0.66MPa；支架中心距1500 mm；支架重量10892kg。

（2）俯采、調采、割通刀：將采場整體來壓調整為自上而下、由軌道巷向運輸巷發展的分段來壓。

①俯采：埋深相對較淺的軌道巷推進度保證始終超前運輸巷4～6m，減小采場坡度，增加頂板穩定性，同時改變支架的作用方向，防止支架等設備下滑，有效抑制煤壁片幫。

②調采、割通刀：采場上半部以固定的錯距長期超前，下半部以固定的錯距長期落后都會出現明顯的礦壓顯現。采取的措施是每推進5～6m，下半部多推進2～3刀；每推進8～10m，割2～3個通刀。使上半部、下半部的錯距在一定范圍內有所調整。

4 礦壓顯現

4.1 順槽礦壓顯現情況

采場以外30～180m之間的錨帶網配錨索和單體支架支護區段，累計頂板移近量260～335mm，累計兩幫移近量305～410mm。超前支護區段，頂板頂板移近量450～540mm，兩幫移近量510～665mm，底板移近量925～1440mm。在高應力條件下，巷道底板移近量最大，占頂底板移近量的61%～72%，兩幫移近量次之，頂板移近量最小，占總移近量的28%～39%。巷道頂板移近速度與采場距離的關系如圖1所示。

圖1 巷道頂板移近速度與采場距離的關系

4.2 采場上覆巖層礦壓顯現

采場分段礦壓顯現情況見表2。

表2 采場分段來壓情況

5 結語

在生產過程中采用俯采、調采和割通刀相結合的方法，將頂板整體來壓轉化為分段來壓；通過強化現場支護質量管理，抓好薄弱地點整治，上下端頭強制放頂，降低采場、上下端頭和超前支護區段來壓當量。由于實施系統治理，生產穩定有序，平均日推進3.6～4.2m，實現了復雜條件下高應力大采高孤島采場安全高效生產。

〔1〕宋振騏.實用礦山壓力與控制.中國礦業大學出版社，1992.