沖擊性地壓和復合層頂板防治的技術實踐.

　 同家梁礦地處山西大同盆地西南，是一座年核定生產能力達300萬噸的特大型煤礦。礦井主采侏羅紀煤層，主采盤區11＃311、11＃408、12＃408及14＃309盤區。近幾年來，隨著礦井開采不斷延伸，礦井頂板災害問題日趨突出，尤其是沖擊地壓和復合層頂板頻繁影響，嚴重制約了礦井生產的發展。針對這一實際，我礦積極采取科學的防治措施，加大對沖擊地壓和復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盤區沖擊地壓和12＃408盤區復合層頂板防治為例，談一談對頂板災害的預防和治理，以供參考。

　　 一、沖擊地壓的影響及防治

　　（1）盤區概況：我礦11＃311盤區面積251.9萬平方米，可采儲量982.4萬噸，共可布面12塊。盤區煤層結構簡單，區內發育一小型背斜構構造，軸向約NE15度左右，走向近NW～SE，盤區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，斷層破碎帶較為發育，對煤層開采有較大影響。

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

　　（2）沖擊地壓顯現及影響。2000年，我礦在開采該盤區81116工作面過程中，突然發生強烈的沖擊地壓。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，破壞嚴重，波及范圍120米。從尾端頭往外50米范圍內兩幫煤體突出，炸幫深度2.26米，古塘一側炸幫明顯嚴重于工作面側煤幫，炸幫為量140余噸。巷道底鼓嚴重，達0.5～1.1米。在此區域內，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人員被突出煤體掩埋死亡，對礦井的安全生產造成了相當大的影響，僅清理巷道片幫煤，維護巷道就歷時57小時，影響產量5400多噸。距第一次來壓后，工作面先后又出現三次高強度的沖擊地壓。此后，該盤區所采工作面，每推進40～100米，均會發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，沒有任何規律可循。

　　（3）采取的綜合防治措施。針對該盤區沖擊地壓頻發的實際，組織技術人員對沖擊地壓的發生原因進行了認真分析，認為主要是由于：（1）采動影響。本區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，在相鄰面預留煤柱上形成懸臂梁，產生應力集中區，隨工作面推進，受采動影響，應力在煤柱上間隔釋放。（2）頂壓疊加。由于鄰面及現采面在塘頂板垮落實不理想（和頂板巖性有直接關系），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，導致應力急劇加大，同時由于工作面預留煤柱較寬、煤體硬，無法逐步釋放上覆應力，使應力高度集中，達一定程度后突然釋放沖擊地壓。（3）盤區頂板平整，局部為中砂巖，巖體堅硬，兩側煤體寬且煤體較硬，工作面支護強度相應較高，導致應力在相對薄弱區域突然性釋放。

　　根據對沖擊地壓發生原因的分析，我們通過實踐采取了“支、放、卸”三結合并采取卸壓孔預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米范圍內古塘側每0.5米支叢柱一組，每組3根，直徑200mm以上，同時，在該側叢柱里掛金屬網防止片幫煤傷人，工作面一側采用6米雙梁邁步走向抬棚加強頂板支護。

　　“放”針對現采面及相鄰面采空區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，根據老頂巖性及厚度，同時考慮放頂步距、放頂設備等綜合因素，確定合理參數。（1）為破壞相鄰采空區老頂，在現采面運料巷向相鄰面采空區打深孔放頂，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。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，采用了預爆破破壞煤體整體性和鉆孔卸壓措施，效果相當明顯，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，且再未發生過一起人身傷亡事故，取得了良好的經濟和社會效益。

　　 二、復合層頂板的影響及其防治

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

　　（2）復合層頂板影響：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。

　　（3）復合層頂板綜合防治。復合層頂板從本質上講是離層型頂板，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，回采工作面處于復合層頂板之下。我們根據復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合處理采空區頂板，以破壞上覆老頂整體性，減輕煤柱壓力，深孔爆破技術參數確定為：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、端頭支護的質量和數量，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、礦壓預報的技術管理及現場管理。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、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%，工作面月產連續保持9.5萬噸的高水平。

　　三、經驗和啟示

　　從我礦成功控制沖擊地壓和復合層頂板的實踐中，我們總結出以下幾點：

　　1、全面掌握頂板的活動規律，是搞好沖擊地壓和復合層頂板防治的關鍵。在實踐中，要對存在沖擊地壓和復合層頂板的區域，提前進行頂板礦壓觀測，摸清規律，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，要仔細觀測頂板初次來壓的特點，分析來壓的強度和誘發來壓的因素，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合層頂板的有力措施。在復合層頂板下開采，一定要保證超前支護和端頭支護的數量和質量，防止受采動壓力影響，端頭和巷道煤頂離層；同時，在停產時，必須要采取鋪網、打錨栓、錨索等加強支護措施，防止發生漏頂。在沖擊地壓發生的工作面，要重點抓好兩幫維護，防止來壓時，炸幫煤對人造成傷害。

　　3、合理技術設計，是搞好沖擊地壓和復合層頂板的重要保障。在技術設計上要綜合考慮地質構造，現場狀況及設備等因素，制定科學的技術方案措施。比如，在復合層頂板下開采，要根據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，設計合理的支護形式等。在沖擊地壓發生的工作面，要結合考慮鄰面的頂板狀況，設計出合理的深孔爆破技術參數，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。 所在單位大同煤業集團 同家梁礦