安平華

(大同煤礦集團 煤峪口礦，山西 大同 037041)

伴隨礦井開采深度的增加，煤峪口侏羅系煤層開采殆盡，14#層410盤區(qū)現(xiàn)階段為該礦唯一的主采盤區(qū)，410盤區(qū)14#層煤與上覆11-12#合并層層間距較小，僅為2.5～14.8 m，屬近距離開采煤層，這給14#層回采帶來極大的安全隱患[1-3]. 工作面在上覆煤層采空區(qū)及殘留煤柱的影響區(qū)域內(nèi)容易出現(xiàn)應力集中、礦壓顯現(xiàn)等情況，易引發(fā)工作面壓架及大面積冒頂事故[4]，嚴重制約了本煤層的安全開采[5]. 許多國內(nèi)外學者對淺埋煤層開采過程的礦壓做了大量的研究，取得許多前瞻性理論成果。張百勝[6]等采用數(shù)值模擬得出了煤柱支撐壓力在下覆煤層頂板的分布規(guī)律，得出巷道結(jié)構(gòu)在非均勻荷載下出現(xiàn)局部破壞，為近距離下部煤層回采時巷道布置提供了指導；王路軍[7]等根據(jù)上覆主關(guān)鍵層破斷后巖體的回轉(zhuǎn)運動對下覆層工作面來壓周期的影響方面進行了研究；鞠金峰[8]等從控制關(guān)鍵塊體的回轉(zhuǎn)運動的角度，研究了下煤層工作面在煤柱下方區(qū)域時發(fā)生動壓荷載礦壓顯現(xiàn)防治對策。本文在上述理論研究的基礎(chǔ)上，通過采用數(shù)值模擬結(jié)合工程實測的研究方法，分析了上覆殘留煤柱內(nèi)應力分布規(guī)律及其在底板內(nèi)應力的傳遞規(guī)律，制定了有效的防范措施，保證了工作面回采期間安全生產(chǎn)，避免了大面積斷面漏頂及壓架事故[9-10]的發(fā)生，對相似條件下工作面安全回采具有重要的參考意義。

1 工作面地質(zhì)概況

煤峪口礦井田位于山西省大同市南西,地處大同市礦區(qū)煤峪口村。井田從東向北西方向呈不規(guī)則狹長的馬鞍形，東西長為10.5 km，南北寬為1.8 km. 井田面積為15.154 5 km2，現(xiàn)開采14#層。其中81012工作面位于14#層410盤區(qū)中部，西與410盤區(qū)皮帶巷、軌道巷、回風巷相連，東為隔礦界煤柱，其余方向均為實煤。工作面傾向長度為173.4 m，走向長度為998 m，回采面積為173 053.2 m2，煤層平均厚度為2.3 m,煤層結(jié)構(gòu)簡單。工作面直接頂為深灰色粉砂巖與細粒砂巖互層，膠結(jié)較堅硬，平均厚度為3.9 m，基本頂為灰白色細砂巖，節(jié)理發(fā)育，均厚2.1 m.

81012工作面基巖厚度48～120 m，上覆為11-12#合并層81012綜放工作面采空區(qū)，11-12#層81010、81012工作面留設(shè)20 m煤柱，具體位置見圖1.煤層綜合柱狀見圖2.

圖1 工作面上覆煤柱位置布置圖

圖2 煤層綜合柱狀圖

2 上覆煤柱應力分布規(guī)律

依據(jù)14#層81012工作面實際布置情況，采用UDEC數(shù)值模擬軟件建立模型。模型長度150 m，高度100 m，將模型的左、右、下部邊界固定鉸支，上部邊界為自由邊界，設(shè)置大小為5 MPa的均布載荷模型，見圖3. 采用摩爾—庫侖本構(gòu)模型進行數(shù)值計算。

圖3 數(shù)值計算模型圖

數(shù)值模擬得出14#號上覆煤層煤柱造成底板應力分布，見圖4.上覆煤柱在14#層頂板一定范圍內(nèi)形成應力增高區(qū)，同時在遠離煤柱一定范圍形成應力降低區(qū)。從圖4b)可得出，11-12#層煤柱造成底板應力增高區(qū)約30 m，遠大于11-12#層與14#層層間距，煤柱下方區(qū)域應力集中程度自中間向兩側(cè)遞減。殘留煤柱集中應力影響到工作面圍巖穩(wěn)定性，易發(fā)生片幫、冒頂及壓架事故[11].

由圖4 a)可得出，上覆煤柱水平應力降低區(qū)為遠離煤柱7 m以后區(qū)域，即在回采期間工作面2#—20#架處于煤柱應力集中區(qū)，尤其是7#—14#來壓顯現(xiàn)較為強烈，并出現(xiàn)步距壓力顯現(xiàn)，顯現(xiàn)步距14 m左右。以平均工作阻力計來壓動載系數(shù)1.2～1.4，平均強度不大；以最大瞬時工作阻力計來壓動載系數(shù)1.4～1.6，強度非常大，最大動壓荷載約為30 MPa，具有瞬時沖擊傾向，即基本頂懸板在近煤壁前方發(fā)生瞬時斷裂引起，如若工作面在初次及周期來壓時，工作面支架初撐力不足及支架工作面阻力不夠時，易造成工作面發(fā)生漏頂及壓架事故。

3 現(xiàn)場實測結(jié)果分析

基于上述模擬，利用工作面回采期間壓力記錄儀實時監(jiān)測頂板壓力情況。本工作面共布置9條測線，分別在6#、11#、21#、36#、51#、66#、88#、95#、111#支架上各安裝一塊YHY60(B)礦用本安型數(shù)字壓力計(礦壓記錄儀)，并在其余支架上各安裝一塊YHY60(A) 礦用本安型數(shù)字壓力計(雙針表)，對工作面進行頂板動態(tài)連續(xù)監(jiān)測，取81012工作面正常生產(chǎn)期間的數(shù)據(jù)進行分析，見圖5.

由圖5可知，工作面11#支架附近應力顯現(xiàn)明顯，工作面呈現(xiàn)周期來壓，來壓步距約15 m，工作面在周期來壓時，煤柱下方礦壓顯現(xiàn)劇烈，最大支護阻力約為30 MPa，現(xiàn)場實測結(jié)果符合模擬結(jié)果。

4 回采期間預防壓架、漏頂事故措施

圖4 煤柱應力分布規(guī)律圖

圖5 工作面支架壓力曲線圖

4.1 提高支架初撐力

統(tǒng)計分析，提高支架初撐力，增強支架在采場有效支護能力，能夠有效避免頂板在采場支護范圍提前離層，防止頂板懸臂梁超前煤壁斷裂，減輕機道頂煤受壓破碎，避免產(chǎn)生端面漏頂。

4.2 提高支架完好率

在煤柱應力集中區(qū)，即1#—20#采用新支架支護，其余為修復支架。同時要加強檢修力度，對工作面支架立柱、液管、操作閥及泵站進行全面檢查，及時維修、更換，杜絕支架“跑、冒、滴、漏、竄”及自降現(xiàn)象，確保綜采工作面支架支護有效，防止頂板提前離層壓迫頂煤，產(chǎn)生端面漏頂。

4.3 帶壓超前移架

工作面生產(chǎn)過程中，按規(guī)程與崗位工種規(guī)范要求進行循環(huán)作業(yè)，杜絕非正規(guī)作業(yè)。1#—20#支架必須帶壓超前移架，其他范圍要及時追機移架，嚴禁大面積、長時間超空頂作業(yè)，保證有效端面距。當機道頂板破碎，壓力顯現(xiàn)較大時，要加快工作面推進速度，移架后頂梁前加單體增強支護，保證采場有效支護。

當機道頂板破碎嚴重，移架困難時，應從架間隙及煤壁前方打眼注射馬麗散對破碎頂煤進行加固，并制定專項措施。

4.4 其他措施

在工作面進行回采前，對綜采工作面所有設(shè)備，液壓支架及乳化液泵站的液壓系統(tǒng)管路、連接銷子及安全閥進行檢修，保證工作面設(shè)備在過上覆集中煤柱期間處于正常狀態(tài)[12].加強工作面過上覆煤柱期間的工程質(zhì)量管理，嚴格執(zhí)行安全技術(shù)措施。

5 結(jié) 論

1) 通過對81012工作面上覆煤柱應力分布規(guī)律研究，得出14#層頂板形成應力降低區(qū)距煤柱的水平距離為7 m， 11-12#層煤柱造成底板破壞深度達 30 m.

2) 工作面2#—20#架范圍處于煤柱應力集中區(qū)，工作面4～38 m受到殘留煤柱影響，尤其是7#—14#來壓顯現(xiàn)較為強烈，并出現(xiàn)步距壓力顯現(xiàn)，顯現(xiàn)步距15 m左右。

3) 回采期間通過采用提高支架初撐力，加強工作面支護，提高支架完好率，帶壓超前移架等措施保證了工作面安全回采。

參 考 文 獻

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