孟俊杰

（山西焦煤五人小組管理局汾西礦業(yè)監(jiān)管分局， 山西 介休 032000）

20世紀(jì)80年代以來，針對(duì)3.5 m以上的厚及特厚煤層，我國(guó)各礦區(qū)逐漸發(fā)展并形成了分層開采、放頂煤開采及大采高一次采全高等開采技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，部分學(xué)者針對(duì)7 m以上的厚煤層，以利用大采高綜采技術(shù)和綜采放頂煤技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)、擯棄各自缺點(diǎn)為宗旨，提出了大采高綜放開采的概念，即工作面采煤機(jī)割煤厚度在3.5 m以上的綜合機(jī)械化放頂煤開采[1-3]。然而，大采高綜放開采由于一次采煤厚度較大，又會(huì)產(chǎn)生工作面覆巖運(yùn)移規(guī)律、采場(chǎng)支架—圍巖系統(tǒng)可靠性發(fā)生變化、采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)加劇等不利因素。本文即針對(duì)某礦8107大采高綜放工作面的一次嚴(yán)重的來壓過程進(jìn)行研究分析，并制定出針對(duì)有效的礦壓防治措施。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及工程概況

8107工作面主采3—5號(hào)煤層，工作面平均賦存深度（距離地面）471 m，煤層平均厚度17 m，去除平均約1.7 m的6層夾矸，實(shí)際煤層厚度約15.3 m，煤層平均傾角2°，工作面走向長(zhǎng)度1 700 m，傾斜長(zhǎng)度200 m。本工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開采的采煤方法，ZF15000/27.5/42型液壓支架支護(hù)頂板，采高為3.9 m，放煤厚度11.42 m，采放比約為1.00∶2.93，循環(huán)進(jìn)度、放煤步距都為0.8 m，頂板管理采用自然垮落法。8107工作面為一進(jìn)二回三巷布置，三條巷道相互平行且與盤區(qū)三條大巷呈88°，其中2107巷、5107巷沿3號(hào)～5號(hào)煤層底板布置，8107頂回風(fēng)巷沿3號(hào)～5號(hào)煤層頂板穩(wěn)定巖層開掘。工作面直接頂為平均厚度3.64 m的粗砂巖，老頂為平均厚度3 m的粉細(xì)砂巖、中砂巖及含礫粗砂巖，直接底為平均厚度1.16 m的炭質(zhì)泥巖。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)記錄顯示，本工作面于機(jī)頭推進(jìn)至696.5 m、機(jī)尾推進(jìn)至694.2 m時(shí)工作面開始來壓，為本工作面第30次周期來壓，距上次來壓步距為34.8 m。本次周期來壓總計(jì)影響14 d，處理來壓期間工作面共推進(jìn)了12個(gè)循環(huán)，機(jī)頭推進(jìn)了6.2 m、機(jī)尾推進(jìn)了10 m，平均推進(jìn)了8.1 m。本次來壓強(qiáng)度大、影響程度大、處理難度大，工作面大部分支架出現(xiàn)明顯增阻，安全閥大范圍開啟，煤壁多點(diǎn)片幫，工作面底板大范圍鼓起。開始主要在70號(hào)～80號(hào)支架機(jī)道漏下大塊矸石，35號(hào)～70號(hào)主要是頂煤破碎，之后從40號(hào)～70號(hào)支架多處出現(xiàn)了機(jī)道漏下大塊矸石，漏頂現(xiàn)場(chǎng)情況如圖1、圖2所示。

圖1 工作面冒落大塊矸石

2 覆巖活動(dòng)規(guī)律及頂板失穩(wěn)分析

采掘空間開挖前，原巖應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，隨著采掘工作的進(jìn)行，礦體開挖后原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)破壞，應(yīng)力重新分布，其上覆巖層活動(dòng)規(guī)律及采場(chǎng)空間的應(yīng)力環(huán)境極為復(fù)雜。同厚煤層分層開采工作面相比，大采高開采最大的不同之處在于由于采高的成倍增加，煤體采出后形成的采空區(qū)空間也大幅度增加，因而需要更大厚度的直接頂冒落來充填采空區(qū)，故原本能在一定程度上發(fā)生彎曲下沉、斷裂擠壓后形成平衡砌體梁結(jié)構(gòu)的老頂亞關(guān)鍵層，由于無法觸矸而發(fā)生較大程度的下沉并失穩(wěn)，直至作為直接頂板垮落到采空區(qū)內(nèi)?？偟膩碚f，大采高綜放工作面最宏觀的覆巖變化特征是垮落帶高度增大，裂縫帶高度繼續(xù)向上發(fā)展，直至在更高的關(guān)鍵層形成平衡結(jié)構(gòu)[4-6]。

圖2 工作面大范圍冒頂片幫

分析頂板失穩(wěn)原因，砂巖頂板累計(jì)厚度大，開采后采空區(qū)頂板不易自然垮落，懸頂面積大，是導(dǎo)致工作面壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的主要原因。工作面底煤厚、底煤軟，直接底為炭質(zhì)泥巖和高嶺質(zhì)泥巖抗壓強(qiáng)度小，是底鼓的主要原因。工作面煤層為復(fù)合層煤層，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層中還有4～6層夾矸，煤層賦存呈波浪狀，機(jī)采范圍內(nèi)的頂體疏軟，煤壁疏而支撐力小，易出現(xiàn)機(jī)道隨機(jī)頂煤垮落和煤體片幫，導(dǎo)致支架接頂不實(shí)初撐力低，當(dāng)工作面周期來壓時(shí)，頂煤和頂板會(huì)超前煤壁而斷裂、離層、破碎，增大了端面煤巖體控制難度。

3 工作面來壓應(yīng)對(duì)措施及預(yù)防措施

當(dāng)工作面來壓時(shí)，必須加強(qiáng)工作面的礦壓管理，首先確保支架初撐力（25 MPa）以上，將支架前移到位，支架升緊，以防壓力影響范圍擴(kuò)大。工作面頂煤破碎區(qū)域，相鄰支架上下和左右不能有明顯的錯(cuò)差，以防架間出現(xiàn)大量漏煤。機(jī)道頂煤破碎區(qū)域必須將支架移到位，升緊前探梁，伸出前伸梁將大塊煤矸背住，以防機(jī)道頂煤大量漏下造成漏頂。工作面片幫的地點(diǎn)，將支架二次超前移架，伸出前伸梁，打開護(hù)幫板；片幫深大的地方，前伸梁全部伸出后還頂不住煤幫，將護(hù)幫板升平護(hù)住機(jī)道頂板。降架時(shí)要少降快拉擦頂前移，控制住機(jī)道頂煤，以防機(jī)道頂煤大量漏下造成漏頂和漏頂擴(kuò)大。頂煤破碎和片幫處注入巴斯夫、永固S等煤體加固劑進(jìn)行提前固化。

為預(yù)防工作面來壓造成較大影響及事故，必須加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量的管理，保證“三直兩平兩暢通”；工作面采高嚴(yán)格控制在3.9 m±0.1 m范圍內(nèi)，以防采高過低，來壓時(shí)支架受壓下沉、底鼓而出現(xiàn)“死架”、采煤機(jī)通過空間不夠。加強(qiáng)支架初撐力的管理，保證支架初撐力達(dá)到25 MPa以上，使所有支架承受壓力均勻分布，可有效地防止出現(xiàn)壓力集中區(qū)域而底鼓、頂板斷裂下沉、機(jī)道片幫加大等來壓顯現(xiàn)。工作面有片幫加大、機(jī)道頂煤破碎、支架壓力表增阻、支架立柱下沉、支架立柱安全閥開啟、工作面底板高低不平、支架有歪斜等來壓征兆時(shí)，要少放煤或不放煤快速推進(jìn)通過。加強(qiáng)礦壓觀察和監(jiān)測(cè)，做好來壓預(yù)報(bào)工作。要按照已定方案支好木垛、打好卸壓孔、頂板補(bǔ)強(qiáng)錨索工字鋼梁和支好超前單體支柱。加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備的檢修，保證設(shè)備能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以避免設(shè)備出現(xiàn)事故影響工作面正常推進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

大采高工作面由于一次采出高度增加，覆巖擾動(dòng)范圍更大，如果遇上特殊地質(zhì)構(gòu)造或頂板管理不佳，就可能造成工作面端面煤巖體冒落，影響工作面安全生產(chǎn)。因此，對(duì)于大采高綜放工作面，必須高度重視礦壓管理及頂板辦理，做好工作面來壓應(yīng)對(duì)措施及預(yù)防措施，切實(shí)保障工作面安全生產(chǎn)。