孤島工作面頂板礦壓規(guī)律及控制技術(shù)研究

馮占文高勤瓊

（1.大同市煤礦安全監(jiān)管大隊，山西省大同市，037034；2.中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221116）

孤島工作面頂板礦壓規(guī)律及控制技術(shù)研究

馮占文1高勤瓊2

（1.大同市煤礦安全監(jiān)管大隊，山西省大同市，037034；2.中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221116）

針對新旺煤業(yè)8210孤島工作面開采過程出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對工作面頂板壓力進行了連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與鄰近工作面頂板壓力進行了對比，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。介紹了超前支護及人工放頂相結(jié)合的礦壓控制技術(shù)。

孤島工作面 頂板壓力 礦壓顯現(xiàn) 礦壓控制

隨著我國煤炭開采強度的不斷增加，由于受地質(zhì)條件及人為因素的影響，孤島工作面的形成在所難免。孤島工作面開采易造成應(yīng)力集中，加劇了礦壓顯現(xiàn)的程度，如頂板壓力較大、巷道片幫嚴重等，因此，嚴重威脅著煤礦安全生產(chǎn)。

目前，我國學(xué)者針對孤島工作面開采礦壓顯現(xiàn)已進行了較多的研究。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，但對老頂初次來壓及周期來壓少有提及。本文通過對山西煤運集團新旺煤業(yè)8210初采工作面頂板壓力的監(jiān)測，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回采工作面的對比，得出初采孤島工作面具有來壓步距短、峰值較大的特點。針對上述特點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

山西煤運集團新旺煤業(yè)有限公司8210工作面布置于11#煤層402盤區(qū)中部，地面標高1337～1344 m，工作面標高990～1002 m，工作面走向長度93 m，傾向平均長度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0°～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制放頂方法。

1.2工作面支護形式

8210工作面長93 m，工作面及工作面端頭均采用ZH2400/24/32懸移支架進行支護，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。

圖1　8210工作面布置、支護及礦壓監(jiān)測示意圖

2　礦壓監(jiān)測及數(shù)據(jù)對比分析

2.1礦壓監(jiān)測及結(jié)果分析

本次礦壓監(jiān)測是以工作面懸移支架的載荷為研究對象。使用DW-C型測壓計對工作面懸移支架工作載荷進行監(jiān)測，同時工作面的99架支架中每3架安設(shè)一個SY-60測壓計，共布置33個，每10架安設(shè)一個KBV101-200A礦壓監(jiān)測報警儀，共安置10個，直至回采結(jié)束支柱回撤前卸下測壓儀及報警裝置。對工作面的懸移支架載荷進行分區(qū)監(jiān)測。上部檢測區(qū)靠近5210回風(fēng)巷開切眼，下部檢測區(qū)靠近2210運輸巷開切眼，中部檢測區(qū)位于工作面中部（見圖1）。自8210工作面開采起，從3個監(jiān)測分區(qū)中各選1個監(jiān)測點隨工作面推進進行連續(xù)36 d的實時監(jiān)測，并對每個監(jiān)測點每天的數(shù)據(jù)選出最大值進行統(tǒng)計分析處理，得出工作面頂板壓力與工作面推進進尺之間關(guān)系曲線，見圖2。

圖2　8210工作面分區(qū)監(jiān)測及8212工作面頂板壓力與工作面推進距離曲線圖

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呈現(xiàn)上下波動的特點。隨著工作面的推進，距開切眼55 m處，工作面上部、中部及下部檢測區(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)場反饋的情況，此時為回采工作面的初次來壓。此后，工作面上部檢測區(qū)在工作面進尺到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到146 m處為42 MPa；中部檢測區(qū)在工作面推進到80 m、115 m處出現(xiàn)峰值，最大壓力為31 MPa，而在工作面推進到75～110 m處出現(xiàn)頂板壓力高于工作面上、下部檢測區(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)測的礦壓恢復(fù)正常，在推進到145 m處出現(xiàn)頂板壓力峰值，最大壓力值為40 MPa；下部檢測區(qū)在工作面推進到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)測結(jié)果可推測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)測區(qū)頂板壓力對比可以看出，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35 MPa，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24 MPa，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立承擔上覆巖層的礦壓，造成工作面頂板應(yīng)力集中。

3　礦壓控制技術(shù)

對8210孤島工作面的礦壓控制采用超前支護與人工強制放頂技術(shù)相結(jié)合的方法。超前支護可以很好地分擔巷道處的礦壓，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超前支護礦壓監(jiān)測

超前工作面30 m范圍內(nèi)的2210運輸巷與5210回風(fēng)巷支護采用一梁三柱支護，配套DPB型π型鋼梁，每隔2架在超前支柱的中柱上安設(shè)一個SY-40測壓儀，同時，在兩巷道超前支護尾端各安置2臺KBV101-200A礦壓監(jiān)測報警儀，用以觀察頂板壓力，見圖3。

圖3　8210工作面超前支護及初次拉槽、步距放頂炮眼布置示意圖

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。

（1）初次放頂。工作面初次放頂采用沿工作面長度方向在頂板上打眼拉槽方法。工作面初次推進到放頂眼位置，在工作面上方頂板沿工作面長度方向順序鉆孔，孔距15 m，孔深15 m，傾角約13°，對頂板進行初次放頂，見圖3，以釋放頂板壓力，保障工作面平穩(wěn)推進。以后推進過程中，如工作面直接頂板懸頂面積較大時，采用強制放頂。

（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頂板進行強制放頂。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?shù)木嚯x，在兩巷道布置第一組步距放頂孔，見圖3，鉆孔方向為順著巷道向采空區(qū)方向，炮孔深度15 m，仰角約13°。回采過程中，每隔10 m布置一組步距放頂孔，提前將藥量和導(dǎo)爆索安裝妥當。

經(jīng)檢測，認為超前支護及人工放頂技術(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8210孤島工作面與鄰近8212工作面頂板壓力的對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，對礦壓顯現(xiàn)具有良好的防治效果。

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（責(zé)任編輯 張毅玲）

煤液化及煤化工國家重點實驗室突破一批關(guān)鍵技術(shù)

日前，從煤液化及煤化工國家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會二屆一次會議上獲悉，該實驗室在已取得重大成果的基礎(chǔ)上，積極開展高溫和低溫費托合成多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)煤液化產(chǎn)品精細化技術(shù)，不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈，解決煤液化領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)難題。

煤液化及煤化工國家重點實驗室主任、陜西未來能源化工有限公司總經(jīng)理孫啟文介紹，該實驗室在技術(shù)創(chuàng)新平臺完善優(yōu)化、煤液化及現(xiàn)代煤化工共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面取得了多項重大成果，完成了低溫費托合成液化制油技術(shù)優(yōu)化和產(chǎn)業(yè)化、百萬噸級高溫費托合成技術(shù)工藝包設(shè)計；其承擔的國家 “973”計劃煤液化產(chǎn)品深加工催化劑及基礎(chǔ)理論研究課題通過了科技部驗收，國家 “863”計劃項目大型高溫與低溫費托合成多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)課題任務(wù)也已基本完成。據(jù)了解，該實驗室將繼續(xù)為百萬噸級低溫費托合成工業(yè)化示范裝置提供技術(shù)支撐，完善高溫和低溫費托合成多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，進一步降低煤液化裝置能耗，優(yōu)化產(chǎn)品方案，提高產(chǎn)品市場適應(yīng)性；開發(fā)煤液化產(chǎn)品精細化加工技術(shù)，重點是低碳烯烴及α-烯烴分離、PAO技術(shù)和溶劑油生產(chǎn)技術(shù)等。在生產(chǎn)汽油、柴油、航煤等燃料油品的同時，該實驗室將更多地生產(chǎn)烯烴、溶劑油、潤滑基礎(chǔ)油、高凝點蠟，以及以費托合成產(chǎn)物為原料的表面活性劑、助劑等高附加值化工產(chǎn)品；在開發(fā)成功MTO、MTP催化劑的基礎(chǔ)上，加大MTO、MTP工藝過程及關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)開發(fā)力度，力爭早日形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的MTO、MTP技術(shù)。該實驗室還將通過設(shè)置開放課題，重點開展具有基礎(chǔ)性、前沿性和創(chuàng)新性的研究項目，解決煤液化領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問題。

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

馮占文（1982-），男，山西右玉人，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事煤礦安全監(jiān)管工作。