塔山礦及麻家梁礦均屬大同煤礦集團(tuán)的千萬噸礦井，塔山礦8204-2工作面及麻家梁礦14203-1工作面均為雙側(cè)臨空孤島工作面，其中塔山礦8204-2工作面是塔山礦的第一個雙側(cè)臨空綜放工作面，其兩側(cè)分別為8204 工作面及8202 工作面，8204 工作面及8202 工作面分別于2015年及2012年回采完畢，該工作面所處的采掘工程環(huán)境復(fù)雜多變，掘進(jìn)及回采期間將經(jīng)歷多次邊界條件變化，例如沿空掘巷階段、實(shí)體煤掘巷階段、工作面實(shí)體煤回采階段、工作面過斷層階段、工作面經(jīng)歷區(qū)段煤柱寬度連續(xù)變化階段、工作面由實(shí)體煤到臨采空區(qū)回采階段以及工作面寬度尺寸變化階段（刀把式工作面）等。其中工作面區(qū)段煤柱寬度連續(xù)變化階段對于研究煤柱寬度與巷道圍巖的穩(wěn)定性關(guān)系提供了一個極佳的平臺，通過應(yīng)力場分布特征、巷道圍巖狀態(tài)的分析，確定既能起到防沖增穩(wěn)又能有效隔離采空區(qū)的合理煤柱寬度。2018年12月，預(yù)防性地在塔山礦5204-2 巷兩幫施工大直徑卸壓鉆孔，使5204-2 巷道周邊煤體圍巖塑性破壞，減輕支護(hù)壓力。如圖1 所示。

圖1 巷道進(jìn)行幫部卸壓

2019年3月，工作面回采過程中，受應(yīng)力疊加以及斷層構(gòu)造影響，2204-2運(yùn)輸巷在超前工作面80 m范圍發(fā)生明顯的片幫及底鼓，運(yùn)輸機(jī)傾斜，行走困難，工作面推進(jìn)緩慢，影響工作面安全生產(chǎn)及工作人員的安全通行，由于2204-2巷為運(yùn)輸巷，不適合大型機(jī)械作業(yè)，因此在巷道底板開挖卸壓槽，釋放圍巖應(yīng)力。如圖2所示。

圖2 巷底卸壓槽

14203-1 工作面是麻家梁礦井二采區(qū)14205 回采工作面的接替面，兩側(cè)均為采空區(qū)為孤島工作面。由于孤島工作面上覆巖層活動規(guī)律與非孤島形式下開采大不相同，導(dǎo)致工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈、巷道圍巖破壞嚴(yán)重，因此孤島工作面開采的危險程度要比非孤島工作面的大，同時孤島工作面采場的支護(hù)強(qiáng)度要比巷道高很多，所以孤島工作面開采研究的重點(diǎn)實(shí)際上是回采巷道的圍巖控制。

針對以上工程實(shí)際，同煤集團(tuán)聯(lián)合河南理工大學(xué)的科研團(tuán)隊，展開技術(shù)攻關(guān)，對塔山8204-2 孤島工作面以及麻家梁煤礦14203-1孤島工作面回采巷道布置開展深入的研究工作，通過相關(guān)的數(shù)學(xué)、力學(xué)理論進(jìn)行分析以及數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)對其綜合研究，系統(tǒng)研究了沿空巷道煤柱寬度與巷道圍巖穩(wěn)定性的關(guān)系、特厚煤層高強(qiáng)度開采沿空側(cè)覆巖結(jié)構(gòu)特征與小煤柱礦壓顯現(xiàn)的時空強(qiáng)關(guān)系、孤島工作面高強(qiáng)度開采安全控制技術(shù)，從而形成了特厚煤層孤島工作面開采小煤柱沿空掘巷成套技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了巷道圍巖的有效控制，滿足了孤島工作面復(fù)雜條件下安全開采的需要。

本項目取得了如下創(chuàng)新性成果：

（1）通過分析孤島工作面巖層運(yùn)動規(guī)律以及應(yīng)力場的運(yùn)移規(guī)律，對比塔山麻家梁礦現(xiàn)場礦壓規(guī)律實(shí)測數(shù)據(jù)，對特厚煤層孤島工作面高強(qiáng)度開采強(qiáng)礦壓機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：特厚綜放孤島工作面在正?；夭蛇^程中，上覆煤巖層受回采擾動會漸次經(jīng)歷初次垮落及規(guī)律性破斷。孤島工作面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性處于高應(yīng)力狀態(tài)下，采動影響更加劇烈，頂板冒落突然性加大，對孤島工作面安全回采不利。麻家梁礦的地質(zhì)條件下，孤島工作面較非孤島工作面礦壓強(qiáng)度增加約8%。就目前麻家梁礦工作面支架及其他回采設(shè)備來講，工作面內(nèi)部礦壓完全在可控范圍內(nèi)。而孤島工作面礦壓強(qiáng)度增加現(xiàn)象所帶來的巷道難以維護(hù)的問題成為重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（2）通過分析以塔山、麻家梁為背景下的工作面端部覆巖結(jié)構(gòu)、端部應(yīng)力場、煤柱及巷道力學(xué)特征及破壞機(jī)理、巷道合理位置等方面，來對孤島工作面巷道強(qiáng)礦壓治理方式方法進(jìn)行研究。結(jié)果表明：塑性煤柱的變形可以有效緩解礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度，降低沖擊礦壓的發(fā)生可能性，使用寬度小的塑性煤柱，不僅有利于提高煤炭資源的利用率，而且能保持巷道和煤柱的穩(wěn)定性，因此留設(shè)寬度較小的塑性煤柱更加符合現(xiàn)代化安全高產(chǎn)高效開采的要求，同時也是解決孤島工作面強(qiáng)礦壓現(xiàn)象的根本方法。塔山礦合理煤柱寬度為5.2 m～9.07 m，合理巷道掘進(jìn)時間為相鄰采空區(qū)回采結(jié)束后9 個月后；麻家梁礦合理煤柱寬度為5 m，實(shí)際留設(shè)寬度為7 m，合理巷道掘進(jìn)時間為相鄰采空區(qū)回采結(jié)束后5個月后。

（3）結(jié)合塔山、麻家梁礦的現(xiàn)場運(yùn)用情況，對孤島工作面回采巷道的安全防控技術(shù)措施的效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明：鉆孔卸壓、泄壓槽卸壓、卸壓巷硐卸壓以及高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)技術(shù)措施對控制孤島工作面小煤柱巷道的強(qiáng)礦壓現(xiàn)象效果明顯。

（4）通過總結(jié)之前的理論及現(xiàn)場實(shí)施情況，提出以塔山、麻家梁礦為例的特厚煤層孤島工作面開采小煤柱沿空掘巷的加強(qiáng)支護(hù)形式以及孤島工作面小煤柱沿空掘巷成套技術(shù)體系。主要包括：高預(yù)應(yīng)力強(qiáng)力支護(hù)技術(shù)、小煤柱巷道硐室填充技術(shù)、水火瓦斯安全保障技術(shù)以及小煤柱巷道的綜合監(jiān)測技術(shù)。

項目研究成果在塔山礦8204-2 工作面及麻家梁礦14203-1 工作面進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，共多回收原煤約147 萬噸，節(jié)省煤柱及支護(hù)成本價值57092 萬元，提高了煤炭回收率，降低了巷道的變形量，減少了巷道維護(hù)難度，在全斷面噴漿后有效的隔絕了巷道與一側(cè)采空區(qū)之間的氣體交流，有效避免了瓦斯超標(biāo)以及自然發(fā)火等問題，從而提高工作面的安全作業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)了煤炭資源的安全高效開采。

本項目于2020年1月通過了中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的鑒定，獲國際領(lǐng)先水平。