丁 勇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司安全監(jiān)管五人小組，山西 大同 037000）

我國(guó)煤礦的開采逐漸向深部轉(zhuǎn)移，在上部煤層開采過程中遺留了大量煤柱，易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，給下煤層工作面和巷道布置帶來不利影響[1-5]。晉華宮礦12#煤8204 工作面位于7#煤采空區(qū)遺留煤柱下方，受遺留煤柱的影響，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，加上8204 回風(fēng)平巷鄰近8206 采空區(qū)，工作面處于鄰近采空區(qū)應(yīng)力集中影響范圍內(nèi)，頂板巖層破碎，片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，直接威脅到工作面的正常生產(chǎn)。為此，以12#煤8204 工作面為工程背景，開展堅(jiān)硬頂板冒頂機(jī)理與控制技術(shù)研究[1-5]，具有重要的研究意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

1.1 生產(chǎn)地質(zhì)條件

晉華宮礦于山西省大同市，目前，開采7#、9#、12-2#煤層。8204 工作面位于南山井12-2#煤層402 盤區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。8204 回風(fēng)平巷鄰近8206采空區(qū)（保護(hù)煤柱20 m），上覆7#、9#煤采空區(qū)。12#煤層與7#、9#煤層層間距分別為89 m、50 m，其中7#煤采空區(qū)中遺留煤柱位于試驗(yàn)工作面正上方（煤柱范圍150 m 垂直于試驗(yàn)工作面）。工作面賦存煤層傾角在2°～10°，平均6°，屬于近水平煤層。12-2#煤層硬度系數(shù)2.5～3.1，煤層厚度4.6 m，較穩(wěn)定，含1～3 層夾矸。煤層直接頂為平均厚度10.94 m 的淺灰色細(xì)砂巖，巖性以石英為主，次為長(zhǎng)石、云母，水平層理；基本頂為平均厚度9.44 m的粉、細(xì)砂巖互層結(jié)構(gòu)，上部以淺灰色細(xì)砂巖為主，下部以灰色粉砂巖為主，水平層理發(fā)育；直接底為平均厚度5.23 m 的灰色粉砂巖，貝殼狀斷口；基本底為平均厚度4.38 m 的雜色粉砂巖，局部有滑感，易碎。

1.2 工作面冒頂特征

8204 工作面采用走向長(zhǎng)壁采煤法，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度1700 m，工作面長(zhǎng)度160 m，布置97 架液壓支架。工作面回采至1 297.4 m 時(shí)，工作面大范圍冒頂，造成停產(chǎn)，回采期間也曾發(fā)生多次冒頂現(xiàn)象，較大的有3 次。較大冒頂現(xiàn)象如下：

（1）回采至452.3 m 時(shí)，回風(fēng)巷端頭三角區(qū)域冒頂（95#～97#支架范圍），冒頂范圍長(zhǎng)為4.0 m、寬為3.5 m、高5.0 m，回風(fēng)巷頂板來壓明顯、劇烈底鼓，出現(xiàn)嚴(yán)重變形。

（2）回采至544.0 m 時(shí)，工作面70#～84#支架范圍內(nèi)出現(xiàn)冒頂，煤壁片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，漏頂高度10.0～15.0 m，煤壁片幫2.5～3.0 m。

（3）回采至1 295.4 m 時(shí)，工作面27#～87#支架范圍內(nèi)出現(xiàn)冒頂，煤壁片幫現(xiàn)象嚴(yán)重，漏頂高度2.0～10.0 m，煤壁片幫2.5～4.0 m，工作面停產(chǎn)。

2 遺留煤柱下堅(jiān)硬頂板冒頂機(jī)理

8204 工作面頂板屬于堅(jiān)硬頂板，易出現(xiàn)長(zhǎng)懸頂斷裂造成的壓架事故，但該工作面頻繁出現(xiàn)端面冒頂現(xiàn)象，判斷工作面多次冒頂是由于12#煤層8204工作面處于上覆7#煤采空區(qū)遺留煤柱支承應(yīng)力影響范圍內(nèi)，受鄰近8206 采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力及本工作面周期來壓疊加影響，支架沒有及時(shí)維護(hù)空頂區(qū)域，導(dǎo)致頂梁無法嚴(yán)密接頂，前后支柱出現(xiàn)前高后低，堅(jiān)硬頂板采動(dòng)應(yīng)力傳遞至工作面煤壁，切頂線前移，從而導(dǎo)致工作面頻繁冒頂，即上覆采空區(qū)遺留煤柱產(chǎn)生的支承應(yīng)力影響，改變了堅(jiān)硬頂板運(yùn)移規(guī)律是12#煤層8204 工作面頻繁冒頂?shù)闹饕蛩亍?/p>

3 遺留煤柱下堅(jiān)硬頂板冒頂治理技術(shù)

采用注漿充填、鉆孔卸壓的方式是治理遺留煤柱下堅(jiān)硬頂板冒頂現(xiàn)象的有效手段。由于試驗(yàn)工作面冒頂區(qū)域范圍大，無法直接布置充填系統(tǒng)，因此，設(shè)計(jì)一條超前臨時(shí)治理巷用于治理冒頂現(xiàn)象，具體技術(shù)措施如下：

（1）超前臨時(shí)治理巷

超前8204 工作面10 m 位置施工一條超前臨時(shí)治理巷，超前臨時(shí)治理巷垂直于進(jìn)、回風(fēng)巷布置，斷面尺寸設(shè)計(jì)為8.8 m×4.2 m（寬×高），設(shè)計(jì)采用木垛和單體液壓支柱支護(hù)，木垛規(guī)格為長(zhǎng)1.2 m、厚0.2 m、寬0.2 m，中心距設(shè)計(jì)0.8 m，木垛之間布置1 根單體液壓支柱用于加強(qiáng)支護(hù)。超前臨時(shí)治理巷相對(duì)位置如圖1。

圖1 超前臨時(shí)治理巷相對(duì)位置

（2）注漿加固

超前臨時(shí)治理巷內(nèi)設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)內(nèi)面向冒頂區(qū)域布置注漿孔，采用注漿方式加固工作面圍巖，加固范圍為25#～89#架支架區(qū)域（包括冒頂區(qū)域）。在加固區(qū)域范圍內(nèi)布置注漿孔22 個(gè)，注漿孔間距設(shè)計(jì)4.0 m，仰角設(shè)計(jì)22°～26°，注漿材料選擇固結(jié)抗壓結(jié)強(qiáng)度不小于50.0 MPa 的超細(xì)水泥注漿材料，水灰比設(shè)計(jì)1:1.5，注漿壓力設(shè)計(jì)2.0 MPa。注漿充填鉆場(chǎng)布置示意圖如圖2。

圖2 注漿充填鉆場(chǎng)布置示意圖

（3）鉆孔卸壓

在超前臨時(shí)治理巷對(duì)工作面煤層進(jìn)行卸壓，卸壓采用大孔徑鉆孔方式，即采用直徑97 mm 鉆頭向前方煤壁施工卸壓鉆孔。鉆孔深度設(shè)計(jì)為12 m，鉆孔角度設(shè)計(jì)為5°～6°，卸壓孔采用三花布置，排距設(shè)計(jì)2.0 m，間距設(shè)計(jì)0.4 m，如圖3。

圖3 卸壓鉆孔布置示意圖

4 工程應(yīng)用

圖4 中0～10 d 為冒頂后液壓支架工作阻力的監(jiān)測(cè)值，10～20 d 為進(jìn)行治理后液壓支架工作阻力的監(jiān)測(cè)值。工作面產(chǎn)生冒頂后，基本頂垮落線前移，工作面頂板來壓劇烈，支架最大工作阻力高達(dá)1.5×104kN；冒頂治理技術(shù)應(yīng)用后，工作面頂板來壓逐漸釋放，支架工作阻力，在9×103kN 范圍波動(dòng)，支架工作阻力降低40%，屬于正常水平。

5 結(jié)語

上覆采空區(qū)遺留煤柱導(dǎo)致晉華宮礦8204 工作面煤層堅(jiān)硬頂板產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象，采用超前臨時(shí)治理巷、注漿充填、鉆孔卸壓的方式治理堅(jiān)硬頂板冒頂現(xiàn)象，工作面支架工作阻力由1.5×104kN 降低至0.9×104kN，工作阻力降低40%。