干河煤矿2-112工作面涌水压架采场应力分析

景建禄

（1.太原理工大学 矿业工程学院，太原 030024；2.霍州煤电集团有限责任公司，山西 霍州 031400）

干河煤矿主采山西组2号煤层，采用多立井多水平开拓，带式输送机运输，综合机械化开采。一水平开采山西组上组煤层，标高+80 m；二水平开采太原组下组煤，标高-15 m。2号煤层开采时的水文地质为中等类型。2013年6月中旬2-112工作面发生一起涌水事故，据该面的矿压显现、老山涌水、支架压损情况，分析了该面6月15日-7月30日的矿压显现情况。

1 2-112工作面的概况

工作面位于干河煤矿一采区右翼，开采1号、2号煤合并层，煤层平均厚4.1 m。工作面总体处于向斜构造轴部，副巷高、正巷低，平均倾角8°。煤层上覆50 m内有25 m左右的厚层中细砂岩，煤层下部50 m内有20 m左右的厚层砂岩。该工作面K2、O2灰岩静水位标高分别为+503 m、+516 m；煤层底板标高 +66～+170 m，K2带 压 4.37～3.33 MPa，O2带 压4.56～3.46 MPa；回采期间涌水量5～10 m3/h。工作面顺槽长度正巷2 450 m，副巷1 680 m,切巷250 m，可采储量2 200 kt。2012年12月8日装完投入生产，截止2013年6月17日涌水时，正巷推进856 m，副巷推进844 m，剩余可采储量1 010 kt。

2 工作面矿压显现及涌水压架后的状况

1）工作面的矿压显现情况：工作面上部（1-45号支架）周期来压步距6.8～12.2 m，平均9.6 m；中部（46-100号支架）周期来压步距9.9～14.3 m，平均12.3 m；下部（101-144号支架）周期来压步距8.9～11.1 m，平均9.9 m。老顶周期来压步距平均10.6 m。周期来压期间工作面上部压力40.9～44.4 MPa,平均42.7 MPa；中部压力 38.4～42.3 MPa，平均为 0.9 MPa；下部压力40.7～43.8 MPa，平均值41.9 MPa。该工作面周期来压强度38.4～44.4 MPa，平均41.8 MPa。

2）工作面涌水压架后状况：2-1121面巷受采动影响超前100 m范围内巷道变形较明显（掘进巷道宽5 m、高3.8 m），巷道平均回缩1 m，平均底鼓1.2 m；回采机头处最大回缩1.7m，最大底鼓1.7m，顶板下沉0.3 m。2-1122面巷受采动影响变化不大，（掘进巷道宽5 m、高3.8 m），巷道平均回缩0.2 m，底鼓0.1 m。2-112工作面1-27号架支架活柱少于0.5 m，个别支架因受压曾出现压死现象，造成支架掩护梁箱体下部开裂；28-144号架段平均采高4.0 m，个别支架掩护梁箱体下部有焊口开裂现象。2-1122面巷变形不明显。

3 工作面支架损坏原因分析

2-112工作面采高4 m左右，采场的支架载荷比中厚煤层综采面高10%～30%，使支架所需控制的顶板层位增高，而工作面6-27号架落山侧顶板未冒落，造成顶板上覆岩层的加剧下沉影响，顶板岩层悬臂作用由采空区后方下沉，使支架承载过大时间较长，而支架在最低高度的支撑状态承载效果差，造成支架载荷向掩护梁转移，造成支架承载过大，压裂掩护梁箱体，导致支架压损加剧。

1）正巷推进至临近断层高应力影响区域内时，断层导通承压水经由采动裂隙与断层导水裂隙的相互作用，靠近正巷附近的采场围岩（临近断层一侧）已断块体形成非稳定的三铰式结构导通裂隙承压水，加之该结构的相对回转运动传递的过大载荷是压架发生的重要原因；并且断层的切割作用造成正巷和工作面采动应力集中，造成工作面支架承受较大压力，使工作面1-20号架发生压架事故。

2）按最大采高计算ZY9000/25.5/55型双柱掩护式液压支架一时能满足该煤层顶板压力的需要。但按支架承受载荷和动载荷计算时，该支架工作阻力的富裕系数仅为0.56%（富裕系数较小），而且工作面端头支架与过渡支架工作阻力、安全阀开启值与中间支架相同。因支架顶梁长度不同、机头三角区推进至构造影响区域造成端头架、过渡架压死损坏（工作面支架选用137架ZY9000/25.5/55型双柱掩护式液压支架做中间架，顶梁长4 145 mm，5架ZYDT9000/25.5/55型双柱掩护式液压支架做端头支架，顶梁长5 205 mm，2架ZYGD9000/25.5/55型双柱掩护式液压支架做过渡支架，顶梁长4 855 mm）。

3）该工作面上部、中部、下部支架载荷的频度分布不均匀。上部频度集中在15～35 MPa，中部频度集中在30～45 MPa，下部频度集中在30～50 MPa。上部支架载荷频度偏低于中部和下部支架载荷频度，较低的初撑力使支架缓慢承受顶板的压力，当顶板整体下沉时、支架无力再将顶板支撑起来，造成工作面压架事故。

4）该工作面支架已经使用四个工作面，现场检查发现约有1/3的支架掩护箱体下部均有焊缝开裂现象，此次支架损坏的1-27号架段支架掩护梁箱体下部损坏，开焊开裂处存在断裂旧痕，反映支架工作阻力选型偏低，使用中的载荷过大，造成损坏。

5）该工作面皮带巷沿构造带送巷，巷道1 050～1 200 m段煤柱侧距断层20～30 m（地测探测结果），掘进期间围岩应力明显，顶板破碎、巷道两帮回缩0.3 m、底鼓0.4 m，工作面推进至此段时，受采动影响、矿压显现强烈，造成巷道变形严重和工作面前部支架受压。

6）受回采及断层影响巷道顶板破坏严重，巷道围岩的塑性区与断层裂隙之间导通，形成导水通道，使K2岩层石灰岩的水沿裂隙流到正巷中形成涌水；加之回采过程中动压巷道围岩的影响，加剧了正巷和断层附近的岩层破坏，导水通道扩大，因此下巷大量涌水是采动影响和断层影响的叠加结果。

4 今后的治理工作措施

1）根据工作面地质勘探结果、工作面现状、采动影响矿压数据分析，建议地测部门计算安全防水煤柱留设，指导工作面实施方案。生产部门和队组根据防水煤柱留设要求设计施工，并及时制定施工方案的安全技术措施。

2）加强工作面及两巷超前支撑压力影响和影响强度的观测，采用在线装备对巷道围岩的顶底板移近、两帮回缩的巷道围岩变形规律观测，做到科学预警、超前控制。

3）按防水煤柱留设后的生产情况，重新安排矿井下一步的采掘衔接，理顺衔接关系。

4）对2-112工作面的出现问题及解决情况及时总结，为科学合理指导矿井生产收集宝贵经验资料。

[1] 付文安，许延春，高化军.高庄煤矿1501工作面顶板砂岩水的预计与预防[J].煤炭科学技术，2003（5）：42-44.

[2] 许家林，蔡东，付昆岚.邻近松动承压含水层开采工作面压架机理与防治[J].煤炭学报，2007（2）：32-34.

[3] 许延春.综放开采防水煤岩柱保护层的“有效隔水厚度”留设方法[J].煤炭学报，2005，30（3）：306-308.

[4] 王晓振.松散承压含水层下采煤压架突水灾害发生条件及防治研究[D].徐州：中国矿业大学，2012.

[5] 鞠金峰，许家林，朱卫兵，等.近距离煤层工作面出倾向煤柱动载矿压机制研究[J].煤炭学报，2010，35（1）：15-20.