复杂条件下大采高孤岛采场围岩控制研究与实践

牛 伟

（山东省新汶矿业集团翟镇煤矿，山东271204）

新汶矿业集团翟镇煤矿3408孤岛采场在高应力、大采高、直接顶破碎、基本顶坚硬等诸多不利条件下，通过优化巷道和采场支护方式、改进生产工艺、提升现场管理，采场正规循环率始终保持在较高水平。

1 生产技术条件

3408 孤岛采场位于三采扩大区东北角，埋深392～422m，煤厚2.75～3.3m，平均煤厚3m，倾角10°～17°，采场走向长度160m，倾向长度980m。其东部为落差72m、倾角68°的F6大断层，F6大断层以北48m为二采区2403采空区，西部是三采扩大区集中轨道巷，南部为3407采空区，北部为落差65m、倾角75°的F2大断层，F2大断层以北50m为四采区4401采空区。采场中小断层发育，顶板破碎，生产条件、地质条件复杂，是典型的高应力大采高孤岛采场，其顶底板岩性见表1。

表1 3408采场顶底板岩性

2 巷道围岩控制

2.1 顺槽掘进期间支护方式

顺槽沿四层煤顶板掘进，净高2.8m，净宽3.8m，采用锚带网加锚索的“＋”联合支护方式。锚带网支护使用3.5m“M”型钢带护顶，顶板、两帮均使用Φ20mm×L2500 m全螺纹等强锚杆，每根金属锚杆使用2块树脂药卷加长锚，顶板、两帮铺设金属菱形网。锚索选用6.5m高强度、低松弛、黏结式钢绞线，托盘为16号槽钢，锚索布置在巷道顶板中央。当顶板破碎、巷道压力大、过断层时永久支护跟迎头。

2.2 回采期间顺槽围岩控制

（1）采场180m以外的区段重点抓好巡查和个别地点的整修。采场以外30～180m之间的区段，沿顺槽两帮以单体支柱配铰接顶梁进行支护，支柱初撑力不低于18 MPa，必须穿铁鞋。

（2）超前支护区段采用ZCZ9040／24／55型悬移支架。该支架的优点是：支护强度高，重量较轻，便于操作，尤其适用于变形量较大的巷道支护和现场施工。技术参数：采高2.2～3.0m；支柱高2.8m、2.5m；支柱缸径125mm；支柱数量6根；支护宽755mm；支护强度0.64～0.77MPa；支柱提腿力170kN；移架步距1200mm；支架初撑力2400kN；工作阻力2400kN；支架重量2300kg；前探梁行程1200mm。

3 采场上覆岩层控制

3.1 综采支架与上覆岩层的相互作用关系

直接顶为平均厚度4.5m的灰色细砂岩，该条件下直接顶冒落矸石只能部分充填采空区，基本顶触矸下沉量在1.6m左右，支架与上覆岩层的关系主要是定变形关系，进一步增加了顶板控制的难度。即：

式中：P为基本顶在触矸处的沉降量；M为煤层厚度，取3 m；Mz为直接顶厚度，取4.5m；K为直接顶碎涨系数，取1.3。

经计算，P＝1.65m。

3.2 具体措施

（1）强化支护强度管理。上下端头采用ZY5000／26／55型切顶液压支架，中部选用ZY3400／14／32型综采支架。切顶支架具有较高的工作阻力，可及时将上下端头采空区的顶板切落，减轻采场压力。技术参数：

①ZY5000／26／55型切顶液压支架：工作阻力5000 kN；初撑力3866kN；支架高度2600～5500mm；支架宽度1430～1600mm；支护强度0.80～0.86MPa；支架中心距1500mm；支架重量26000kg。

②ZY3400／14／32型综采支架：工作阻力3400kN；初撑力2616kN；支架高度1400～3200mm；支架宽度1430～1600mm；支护强度0.57～0.66MPa；支架中心距1500 mm；支架重量10892kg。

（2）俯采、调采、割通刀：将采场整体来压调整为自上而下、由轨道巷向运输巷发展的分段来压。

①俯采：埋深相对较浅的轨道巷推进度保证始终超前运输巷4～6m，减小采场坡度，增加顶板稳定性，同时改变支架的作用方向，防止支架等设备下滑，有效抑制煤壁片帮。

②调采、割通刀：采场上半部以固定的错距长期超前，下半部以固定的错距长期落后都会出现明显的矿压显现。采取的措施是每推进5～6m，下半部多推进2～3刀；每推进8～10m，割2～3个通刀。使上半部、下半部的错距在一定范围内有所调整。

4 矿压显现

4.1 顺槽矿压显现情况

采场以外30～180m之间的锚带网配锚索和单体支架支护区段，累计顶板移近量260～335mm，累计两帮移近量305～410mm。超前支护区段，顶板顶板移近量450～540mm，两帮移近量510～665mm，底板移近量925～1440mm。在高应力条件下，巷道底板移近量最大，占顶底板移近量的61%～72%，两帮移近量次之，顶板移近量最小，占总移近量的28%～39%。巷道顶板移近速度与采场距离的关系如图1所示。

图1 巷道顶板移近速度与采场距离的关系

4.2 采场上覆岩层矿压显现

采场分段矿压显现情况见表2。

表2 采场分段来压情况

5 结语

在生产过程中采用俯采、调采和割通刀相结合的方法，将顶板整体来压转化为分段来压；通过强化现场支护质量管理，抓好薄弱地点整治，上下端头强制放顶，降低采场、上下端头和超前支护区段来压当量。由于实施系统治理，生产稳定有序，平均日推进3.6～4.2m，实现了复杂条件下高应力大采高孤岛采场安全高效生产。

〔1〕宋振骐.实用矿山压力与控制.中国矿业大学出版社，1992.