沖擊性地壓和復(fù)合層頂板防治的技術(shù)實踐.

　 同家梁礦地處山西大同盆地西南，是一座年核定生產(chǎn)能力達300萬噸的特大型煤礦。礦井主采侏羅紀(jì)煤層，主采盤區(qū)11＃311、11＃408、12＃408及14＃309盤區(qū)。近幾年來，隨著礦井開采不斷延伸，礦井頂板災(zāi)害問題日趨突出，尤其是沖擊地壓和復(fù)合層頂板頻繁影響，嚴(yán)重制約了礦井生產(chǎn)的發(fā)展。針對這一實際，我礦積極采取科學(xué)的防治措施，加大對沖擊地壓和復(fù)合層頂板的綜合治理，見到了非常顯著的成效。下面以我礦11＃311盤區(qū)沖擊地壓和12＃408盤區(qū)復(fù)合層頂板防治為例，談一談對頂板災(zāi)害的預(yù)防和治理，以供參考。

　　 一、沖擊地壓的影響及防治

　?。?）盤區(qū)概況：我礦11＃311盤區(qū)面積251.9萬平方米，可采儲量982.4萬噸，共可布面12塊。盤區(qū)煤層結(jié)構(gòu)簡單，區(qū)內(nèi)發(fā)育一小型背斜構(gòu)構(gòu)造，軸向約NE15度左右，走向近NW～SE，盤區(qū)中部存在兩組東西向，間距600－700米，落差2.0～2.5米的正斷層，將盤區(qū)分成三塊。斷層落差由西向東依次為9.0米、3.0米、4.0米、4.40米，斷層破碎帶較為發(fā)育，對煤層開采有較大影響。

　　該盤區(qū)頂板為老頂粉細(xì)砂巖，大于10米。直接頂為粉細(xì)砂巖（2.0～4.0米），灰色，膠結(jié)堅硬，局部為中砂巖。

　　（2）沖擊地壓顯現(xiàn)及影響。2000年，我礦在開采該盤區(qū)81116工作面過程中，突然發(fā)生強烈的沖擊地壓。來壓前工作面兩巷無明顯征兆，壓力在瞬間釋放并伴隨巨大聲響，來壓強度大，破壞嚴(yán)重，波及范圍120米。從尾端頭往外50米范圍內(nèi)兩幫煤體突出，炸幫深度2.26米，古塘一側(cè)炸幫明顯嚴(yán)重于工作面?zhèn)让簬?，炸幫為?40余噸。巷道底鼓嚴(yán)重，達0.5～1.1米。在此區(qū)域內(nèi)，巷道基本封死僅留有0.3～0.5米的間隙。工作面尾端頭一名作業(yè)人員被突出煤體掩埋死亡，對礦井的安全生產(chǎn)造成了相當(dāng)大的影響，僅清理巷道片幫煤，維護巷道就歷時57小時，影響產(chǎn)量5400多噸。距第一次來壓后，工作面先后又出現(xiàn)三次高強度的沖擊地壓。此后，該盤區(qū)所采工作面，每推進40～100米，均會發(fā)生不同程度地沖擊地壓，類似于上述情況的達67次，每次來壓步距不同且變化較大，沒有任何規(guī)律可循。

　?。?）采取的綜合防治措施。針對該盤區(qū)沖擊地壓頻發(fā)的實際，組織技術(shù)人員對沖擊地壓的發(fā)生原因進行了認(rèn)真分析，認(rèn)為主要是由于：（1）采動影響。本區(qū)沖擊地壓屬于受工作面采動影響而形成的重力型沖擊地壓。在相鄰工作面采后老頂沒有完全垮落或垮落不理想，在相鄰面預(yù)留煤柱上形成懸臂梁，產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)，隨工作面推進，受采動影響，應(yīng)力在煤柱上間隔釋放。（2）頂壓疊加。由于鄰面及現(xiàn)采面在塘頂板垮落實不理想（和頂板巖性有直接關(guān)系），垮落呈倒臺階狀，垮落角較小，上位巖層未垮落，造成鄰面頂壓和采面頂壓疊加，導(dǎo)致應(yīng)力急劇加大，同時由于工作面預(yù)留煤柱較寬、煤體硬，無法逐步釋放上覆應(yīng)力，使應(yīng)力高度集中，達一定程度后突然釋放沖擊地壓。（3）盤區(qū)頂板平整，局部為中砂巖，巖體堅硬，兩側(cè)煤體寬且煤體較硬，工作面支護強度相應(yīng)較高，導(dǎo)致應(yīng)力在相對薄弱區(qū)域突然性釋放。

　　根據(jù)對沖擊地壓發(fā)生原因的分析，我們通過實踐采取了“支、放、卸”三結(jié)合并采取卸壓孔預(yù)爆破煤體的綜合防止措施，使沖擊地壓強度逐漸，破壞性逐步減小。

　　“支：在工作面運料巷端頭往前200米范圍內(nèi)古塘側(cè)每0.5米支叢柱一組，每組3根，直徑200mm以上，同時，在該側(cè)叢柱里掛金屬網(wǎng)防止片幫煤傷人，工作面一側(cè)采用6米雙梁邁步走向抬棚加強頂板支護。

　　“放”針對現(xiàn)采面及相鄰面采空區(qū)老頂垮落不理想的問題，制定了工作面淺孔和順槽孔一齊上，本面和鄰面一齊放的放頂措施。進行深孔煤破時，根據(jù)老頂巖性及厚度，同時考慮放頂步距、放頂設(shè)備等綜合因素，確定合理參數(shù)。（1）為破壞相鄰采空區(qū)老頂，在現(xiàn)采面運料巷向相鄰面采空區(qū)打深孔放頂，方垂直古塘，深度28米，仰角21度，裝藥20公kg，封土15米，炮眼間距30米，距工作面30米以上放炮。（2）為破壞本工作面上覆老頂整體性，在運料巷向本面方向打深孔放頂，采用單、雙孔間隔布置，炮眼間距20米，超前工作面2米放炮。（3）為減少相鄰工作面運料巷頂板壓力，為下一個工作面開采打好基礎(chǔ)。在本面皮帶巷向本面方向打深孔，與煤壁偏角11度，眼深23.6米，炮眼間距15米，超前工作面2米放炮。

　　“卸”：為緩解煤體壓力，破壞煤柱整體性，增加自由面，使煤柱本身可以消化吸收一部分能量，使頂板彈性能在煤柱上得以緩慢釋放，避免能量集中而突然釋放。布置在運料巷兩幫打卸壓孔卸壓，采用了預(yù)爆破破壞煤體整體性和鉆孔卸壓措施，效果相當(dāng)明顯，來壓時片幫顯著減輕。

　　通過采取上述綜合防治措施后，該盤區(qū)沖擊地壓強度和頻率明顯降低，安全采出5個工作面84萬平方米，310萬噸煤量，且再未發(fā)生過一起人身傷亡事故，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

　　 二、復(fù)合層頂板的影響及其防治

　?。?）盤區(qū)概況：我礦12＃408盤區(qū)有多個分岔合并區(qū)，煤層賦存情況復(fù)雜。合并區(qū)內(nèi)多伴有夾石。盤區(qū)煤層老頂為細(xì)砂巖，厚度大于6.35米，灰色含炭屑云母及暗色礦物；直接巖為粉細(xì)砂巖互層，厚度3.82米，灰色、層理較為發(fā)育，性脆；偽頂粉砂巖，厚度0.2米，淺灰色，含炭屑、易剝離，層理發(fā)育。

　?。?）復(fù)合層頂板影響：由于我礦采用長壁式開采，在掘進巷道時需穿層，開采時留有煤頂容易造成漏頂事故，夾石和煤頂板易垮落和上覆頂板造成離層，威脅安全生產(chǎn)。

　　（3）復(fù)合層頂板綜合防治。復(fù)合層頂板從本質(zhì)上講是離層型頂板，其特征是下“軟”上“硬”的不同巖層。我礦12＃408盤區(qū)采取留頂煤開采，頂煤厚度0.5米～3.0米之間，易與上部巖層離層，回采工作面處于復(fù)合層頂板之下。我們根據(jù)復(fù)合層頂板推垮型冒頂機理，采取了針對性的防治措施。一是采用工作面淺孔和順槽深孔放頂相結(jié)合處理采空區(qū)頂板，以破壞上覆老頂整體性，減輕煤柱壓力，深孔爆破技術(shù)參數(shù)確定為：與煤壁偏角16度，眼深23.6米（40米），仰角25度，裝藥25（40）kg，炮眼間距15米，兩種眼間隔布置。二是加強工作面超前支護、端頭支護的質(zhì)量和數(shù)量，防止受采動壓力影響，端頭和巷道煤頂離層，超前支護為30米，雙排帶帽單體柱，間距1.2米，排距1.8米。三是根據(jù)工作面的巖性和采場壓力等選擇適宜的支架型號。四是避免上下順槽與工作面斜交。五是控制采高，使軟巖層冒落后能超過采高。六是加強地質(zhì)、礦壓預(yù)報的技術(shù)管理及現(xiàn)場管理。七是加快工作面推進速度，以減少頂煤下沉量。八是采取帶壓移架，以防松動頂板，盡量減少端面距。九是工作面停采時鋪網(wǎng)、打錨栓，錨索等。通過采取上述措施，使頂板漏頂事故得到有效控制，頂板事故率下降了50%，工作面月產(chǎn)連續(xù)保持9.5萬噸的高水平。

　　三、經(jīng)驗和啟示

　　從我礦成功控制沖擊地壓和復(fù)合層頂板的實踐中，我們總結(jié)出以下幾點：

　　1、全面掌握頂板的活動規(guī)律，是搞好沖擊地壓和復(fù)合層頂板防治的關(guān)鍵。在實踐中，要對存在沖擊地壓和復(fù)合層頂板的區(qū)域，提前進行頂板礦壓觀測，摸清規(guī)律，及時采取支護措施。特別是對沖擊地壓，在頂板的初次來壓后，要仔細(xì)觀測頂板初次來壓的特點，分析來壓的強度和誘發(fā)來壓的因素，并摸清來壓周期和步距，針對性采取“支、放、卸”并舉的綜合技術(shù)措施，達到對頂板的有效控制。

　　2、及時加強支護，是防治沖擊地壓和復(fù)合層頂板的有力措施。在復(fù)合層頂板下開采，一定要保證超前支護和端頭支護的數(shù)量和質(zhì)量，防止受采動壓力影響，端頭和巷道煤頂離層；同時，在停產(chǎn)時，必須要采取鋪網(wǎng)、打錨栓、錨索等加強支護措施，防止發(fā)生漏頂。在沖擊地壓發(fā)生的工作面，要重點抓好兩幫維護，防止來壓時，炸幫煤對人造成傷害。

　　3、合理技術(shù)設(shè)計，是搞好沖擊地壓和復(fù)合層頂板的重要保障。在技術(shù)設(shè)計上要綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造，現(xiàn)場狀況及設(shè)備等因素，制定科學(xué)的技術(shù)方案措施。比如，在復(fù)合層頂板下開采，要根據(jù)工作面煤層覆存情況，盡可能地避開斷層，控制合理的采高，尤其是避免上下順槽與工作面斜交，設(shè)計合理的支護形式等。在沖擊地壓發(fā)生的工作面，要結(jié)合考慮鄰面的頂板狀況，設(shè)計出合理的深孔爆破技術(shù)參數(shù)，保證泄壓效果。

作者簡介：馬勝，大同煤礦集團公司同家梁礦礦長，工程師。 所在單位大同煤業(yè)集團 同家梁礦