冲击地压工作面矿压显现规律及区段煤柱留设应用实践

刘洛嘉,杨超峰,席志鹏

（1.河南大有能源常村煤矿,河南 义马 472300；2.河南大有能源新安煤矿,河南 新安 471800）

河南能源义煤公司主采煤层为2-1煤和2-3煤。河南能源义煤公司常村煤矿深部受到上覆岩层悬臂形成的应力和F16逆冲大断层构造应力共同诱发的特厚煤层冲击地压的威胁， 21150工作面掘进期间煤炮频发，已经出现了多次弱冲击地压事件，目前，常村煤矿面临21采区深部开拓，其开采必定存在冲击危险。因此，摸清21150工作面矿压显现规律，对研究深部开采工作面之间煤柱尺寸的留设及工作面回采过程中采取有效的防冲措施具有重要意义。

1 21150综放工作面概况

21150综放工作面倾向长度为180m，走向长度为983m，可采储量2.43Mt，工作面采深为680m，平均煤厚为11m，沿2～3煤底板掘进，所采煤层为侏罗系中统下段义马组2-3煤，为黑色长焰煤。工作面上下巷支护均采用锚网（索）架36u支架复合支护，支护净断面为18.5m2，支架下净宽5.6m，净高为4.1m，棚距为0.7～0.8m，顶帮让压距为0.5m，顶部背设一层钢筋网，采用背木绞架接顶；顶锚杆为Φ22×2500mm钢筋锚杆，帮锚杆为Φ20×2500mm全螺纹锚杆，锚杆间排距为700mm×700mm，锚索为Φ17.8×8000mm，间排距为1.5m×1.5m，均配2390药卷1套，挂金属菱形网。在21150综放工作面区段回风平巷与上区段运输平巷之间留设12m的区段煤柱。

2 观测内容及测点布置

2.1 巷道断面收缩率观测

图1 测点布置图

如图1所示，在巷道内离工作面10m位置及40m位置处分别设置巷道两帮、顶底板位移测点，用米尺量测巷道断面的变化量。

2.2 巷道内顶板变形情况

如图1所示，在巷道内离工作面10m位置及40m位置处，孔径42mm、孔深6m的钻孔分别打于在每个观测断面顶板，顶板离层指示仪被安装于钻孔中，来测量顶板离层情况。

2.3 巷道煤壁的破坏情况监测

如图1所示，在巷道内离工作面10m位置及40m位置处分别从巷道上帮向煤柱打孔，孔径42mm、孔深10m，深基点位移计被安装于钻孔中，测点4个，煤柱外边缘距其距离分别为2m、5m、8m、10m，测量煤柱距边缘不同距离处的位移变化情况，主要观测煤柱内的位移变化规律。

3 矿压观测结果分析

3.1 巷道断面收缩率监测

巷道断面收缩率可以用十字观测法来观测，监测巷道上帮、下帮、顶底板移近量位移规律。观测结果图2。

图2 巷道各帮位移变化曲线

由图2分析巷道断面变化可得，当工作面推进至测点位置时，由于受采动的影响，工作面前方10m范围内巷道断面变化剧烈。当距离很大之后，顶板下沉量与下帮移近量均累积达到了130mm，并逐渐趋于稳定，仍处于可控范围内。巷道的上帮在观测的全过程中变形量很小，当达到最大值15mm后一直保持该值不变。通过以上分析可得：巷道断面受采动影响变化，不受采动影响的区域巷道稳定。

3.2 巷道内顶板变形情况观测

通过在巷道内设置的顶板离层指示仪可以实测巷道顶板的离层发育规律。观测结果如图3。

图3 各测点顶板离层发育规律

从图3可以看出，在工作面推过测点之前，1号测点和2号测点处的顶板离层值都很小，仅在5～7mm左右。当工作面推过1号测点时，巷道顶板离层开始出现增长，并且到达最大值34mm稳定。以后离层量不再增加。2号测点距离工作面更远些，因此在时间上2号测点顶板离层较1号测点更晚些，但其大致规律都相同。仍然是工作面推过2号测点时，巷道顶板离层开始出现增长，并且到达最大值33mm稳定。以后离层量不再增加。工作面还未到达测点时的平均离层速度大约为0.23mm/m，工作面到达测点后的平均离层速度大约为0.75mm/m。从以上信息可以明显得到，煤柱尺寸的留设起到了很大的作用，煤柱宽度合理[1-3]。

3.3 距工作面不同点处煤体位移变化规律。

由图4可以看出，对于同一测点上距煤柱煤壁边缘2m、5m、8m、10m点的位移呈现出增大的趋势，并且每个基点处的位移都随着采煤工作面向测点的趋近而逐渐增大，最后趋于稳定。由图4中可以看出，2m、5m基点的位移比较接近并且最大仅分别为37mm、42mm。而8m处的位移达到了64mm，10m处的最大位移达到了116mm。1号测点与2号测点深基点位移变化规律基本相同，仅因为2号测点距工作面较远的缘故，使的2号测点在时间上推迟几日。由此可以基本推断，煤柱靠近巷道部分的5m范围内基本处于稳定状态，这就保证了巷道的稳定。而8m以后，尤其是10m外在采空区附近的煤柱的位移快速增加，表示此范围内的煤柱不稳定。综上所述，煤柱尺寸的留设起到了很大的作用，煤柱宽度合理。

图4 各号测点深基点位移规律

4 结论

通过对21150工作面巷道断面变形、巷道内顶板变形情况、煤柱深部位移变化规律的检测发现，区段煤柱的留设尺寸为12m是合理的，使得矿井安全生产条件大为改善，设备运行、维护条件改善，开机率明显提高，而且实现了机轨合一，使得通风、运输、行人条件持续改善，防灾抗灾能力增强，保证了矿井接替正常，对矿井实现持续稳产、高产、安全生产意义重大。

[1]王永秀,齐庆新.煤柱应力分布规律的数值模拟分析[J].煤炭科学技术, 2004(10):121-125.

[5]王志磊.大倾角沿底掘进综放面区段煤柱合理参数研究[J].中州煤炭,2007(06):23-25.

[7]李洪武.综放开采区段煤柱应力分布及其尺寸优化[J]. 煤炭科学技术,2007(08):50-55.