四面采空孤岛综放采场矿压控制的研究与实践

1、 四面采空“孤岛”综放采场矿压控制的研究与实践 摘要:论文通过理论和实践研究，提出了四面采空“孤岛”采场的顶板结构和相关矿压控制技术。此类采场矿压控制的理论问题，是采场覆岩的多层空间结构运动及其与采动应力场的关系;其工程问题，是煤柱失稳造成的灾害形式及其判定方法、煤柱失稳的灾害的控制技术以及水、火和瓦斯的控制问题。论文通过河南义马煤业集团的实例，系统介绍了灾害监测技术和控制方法。开采结果表明，论文中提出的对岩层结构的认识和采取的控制技术是正确的，可以在条件相似的矿区推广应用。关键词:矿山压力;四面采空“孤岛”;岩层空间结构;综采放顶煤;矿压监测:tu 452; td 325:a:1000-45

2、48(2005)09-1101-04 关于空间结构稳定性分析及其与放出率、岩层几何力学参数的关系，已经另文发表。3.2四面“孤岛”采场的矿压控制实践 本节以河南义马煤业集团某综放采场穿越巨厚砾岩下高压煤柱为例，阐述四面“孤岛”开采的矿压控制技术。 采场的基本条件 该采场倾斜长度223 m，走向长度1460 m，其中自切眼开始580 m为顶分层未采区，外段880 m为顶分层已采区，工作面上、下侧均为采空区，上下巷均采用留小煤柱沿空掘巷和锚网架联合支护，其中上巷侧煤柱宽度为4-5 m，下巷侧煤柱宽度为6-7 m。煤层平均厚度9.5 m，其中采高2.5 m，顶煤厚7m。倾角平均12，煤层上的岩层依次

3、为:粗砂岩10.5 m,中砂岩6.76 m、粉砂岩8.41 m、煤线0.04 m、泥岩15.67m、煤线0.52 m、砂岩互层26 m。再往上为多组厚层砾岩。 采场矿压控制的总体方案 (1)在理论上预计岩层结构及其运动规律，并预计矿压显现规律4-6 (2)制定矿压监测方案:a)采用钻孔应力计监测煤柱内的应力状态，从而判断和预报煤体是发生冲击破坏还是快速变形，并制定相应的应对措施;b)监测采场支架压力从而监控采场内的安全状况;c)监测顺槽围岩变形规律，从而确定支护方式和加固、翻修的时间、地点和程度。 (3)制定了水、火、瓦斯的防治预案。 (4)改变工艺参数以适应岩层运动和压力显现，如:适时降低顶

4、煤回收率和切割高度，减小岩层运动的范围，从而减弱矿压显现程度;改变作业程序，加快推进速度;调整工作面推进方向，人为造成煤壁的“分段来压”;进入煤柱区前，提前调整和维护好采煤机、运输机、转载机、皮带机、泵站等设备，确保快速推进;加强两巷和端头支护，按要求开掘安全通道等。 实施后取得的主要结果 (1)煤柱破坏形式的判定 图4是距离分层采场停采线46 m (#5点)和52m ( #6点)处煤体深部20 m处钻孔应力计的曲线图。由图中可以看出，5月1日起，应力值开始急剧下降，说明煤体开始破裂，此时煤柱的宽度为92 m, #5点和#6点分别距离综放面46 m和40 m。依此可以判定，煤柱将以快速变形的方

5、式破坏。 (2)依据巷道的变形速度确定翻修的方案 根据矿压观测结果确定扩修时间间隔，以满足安全生产需要和最少投入为原则。大致规律是:以两帮移近0.7 m为临界值，距离分层采场停采线300 m以外的巷道，扩修间隔为6090 d; 300200 m以内的巷道为40-60 d; 200m-100 m以内的巷道为30-40 d .100 m以内的巷道则采取构筑安全通道、加强支护等措施保障安全。大部分地段实现了一次扩修到位的目标。 (3)穿越煤柱地段构筑安全通道 随着煤柱尺寸的逐渐减小，两巷变形速度将急剧增加并有因煤炮引发煤体突出堵塞巷道的危险。根据矿压观测结果，从煤柱宽度为60 m起，到分层采场停采线

6、，在两巷中构筑安全通道。安全通道尺寸与支护方式为:两巷的安全均设在巷道下邦，通道宽1.0 m,高2.8 m，顶帮均采用锚网并用单体液压支柱配合金属顶梁支护。 (4)采用快速可靠的加固和封堵材料 采场临近高压区时，区段小煤柱破裂严重，两个端头压力很大，为了确保安全，选择了注射“马丽散”加固煤体的方案。“马丽散”是一种低粘度、双组分合成高分子一聚亚胺胶脂材料，能很好地渗入细小的裂缝中，有极好的粘合能力和良好的韧性，可与水反应并封闭水流。注浆加固完成后，经受了采煤工作面超前压力的剧烈影响，巷道变形明显减小，转载机顺利通过加固段，施工效果基本达到要求。上下巷防灭火、防瓦斯工程中，下巷注射了“罗克休”。

7、“罗克休”产品是由两种成分组成的注射产品，用于充填、密闭、防火和加固地层。由于顶煤破碎，普通钻孔存在塌孔问题，所以采用了特制的自带钻头的注浆麻花空心管，顺利解决了塌孔问题，使注浆得以顺利实施。为防止漏浆，在顶板上铺设了彩条布。“罗克休”充填后，破碎顶煤得到加固，为补打锚杆创造了条件，其综合效果使得巷道变形明显减小，维护状况得到明显改善。充填后，且直到回采结束，试验段巷道没有出现自然发火征兆。试验基本达到预期目标。 通过上述综合技术方案，采场安全采过了高压煤柱。4结论 (1)四面采空“孤岛”采场越来越成为深部和老矿井的重大安全隐患，专题研究这类采场的矿压控制问题具有重要的理论和实用价值，提出了三

8、种典型的四面采空“孤岛”的开采地质条件。 (2)将四面采空“孤岛”采场覆岩视为多层空间结构，有助于正确认识岩层运动规律及其与采动应力场的关系，在理论上作出合理的分析。 (3)制定并实施了采场矿压控制的总体方案，通过钻孔应力计监测煤柱内的应力状态，从而实现了煤体破坏形式的判断，并制定相应的应对措施;通过监测采场支架压力从而实现了监控采场内的顶板安全状况;通过监测顺槽围岩变形规律，实现了顺槽围岩支护方式和加固、翻修等的科学决策。 (4)采用新材料进行煤体的加固和封堵，是防治灾害的有效手段。 衷心感谢河南省义马煤业集团以及常村矿课题组的大力支持和良好合作!参考文献:1贾民，齐方跃，彭担任综放“孤岛”开采工作面两巷矿压显现j矿山压力与顶板管理，2004,21(3):29一312姜福兴，xun luo，杨淑华采场覆岩空间破裂与采动应力场的微震探测研究j岩土工程学报，2003,25(1):23一253姜福兴，杨淑华，xun luo微地震监测揭示的采场围岩空间破裂形态j煤炭学报，2003,28(4):357一3604张顶立，王悦汉综采放顶煤工作面岩层结构分析j中国矿业