利用开采解放层治理强矿压

吕梁杰，秦飞龙

(大同煤矿集团 马脊梁矿，山西 大同 037003)

随着大同煤矿集团上层侏罗系资源的枯竭，开始开发下层石炭二叠系煤层。与侏罗系煤层相比，石炭二叠系煤层厚度大，为14～20 m，具备建设千万吨矿井的条件，自2003年以来，大同煤矿集团先后建成了塔山、同忻、马道头、同发东周窑、马脊梁等多座千万吨矿井，现代化综采装备的深度应用，使得大同煤矿集团产能得到进一步的攀升。从总量上看，千万吨矿井的产能已经达到集团总产能的60%以上，占有举足轻重的地位。但由于千万吨矿井在开发石炭二叠系煤层的过程中，为快速收回投资，开采的部署格局通常为前进式顺序开采，生产过程中，开发强度大、开采速度快、接替紧张，导致采掘过程中矿压显现强烈，甚至发生强矿压现象，一度成为矿井安全生产的瓶颈[1-3]。

1 强矿压危害及对策

强矿压显现主要表现在以下三个方面：

1) 临空巷道难以维护。综放工作面在推进过程中，由于上一个工作面刚刚回采结束，其顶板仍然处在活动期，加之本工作面的超前影响，两项叠加，导致临空巷道超前压力加大，严重时，顶底板移近、两帮移近几乎闭合，其影响范围最大达到超前支护200 m，见图1。

2) 相邻掘进巷道难以维护。与上述分析矿压作用原因一样，掘进巷道受相邻综放工作面采动影响，压力增加，经常出现底鼓、炸帮等现象，特别是在采掘工作面交锋时200 m范围内更为明显，严重时巷道出现压垮现象。

3) 受综放工作面采动的超前应力影响，胶带巷(非临空)超前支护范围易出现顶板下沉，导致巷道高度降低，头部设备前移困难，需起底扩帮。

图1 临空巷道变形区域

鉴于上述原因，在逐步摸索认知的过程中，从瓶颈入手，以治理强矿压为出发点，结合地质条件，借鉴治理冲击地压常采用的“开采解放层”的方法，提出了用开采解放层卸压的方法治理强矿压。解放层开采后，采空区下方煤岩体应力、位移、积聚能量发生变化，具体为：开采解放层—底板岩层移动—膨胀裂隙发育—被保护层应力降低—积聚弹性能降低—强矿压发生几率降低。

2 开采解放层方案

方案实施地点选在大同煤矿集团塔山矿一盘区，主采煤层为石炭系C3-5号层，煤层平均厚度21.6 m，平均倾角3°，采煤方法为综合机械化低位放顶煤采煤法。方案将C3-5号层上覆山4号层设为保护层，平均层间距21.7 m。山4号层属不稳定煤层，平均煤厚2.8 m，煤质较差，在一盘区仅局部可采，开采经济价值较低，因此在矿井开采前期将一盘区山4号层列入弃采煤层。本次选择在C3-5号层8108工作面上覆山4号层对应布置8101工作面，实现保护层的开采，方案设计时，塔山矿一盘区正在回采C3-5号层8107工作面。

C3-5号层8108工作面位于塔山一盘区的中部，倾向长度207 m，走向长度2 000 m，煤厚17～22 m，平均埋深402 m。工作面采用三巷布置方式：2108巷为胶带巷，兼做进风；5108巷为辅运巷，兼做回风；8108顶板高抽巷。

山4号层8101工作面位于C3-5号层8108工作面正上方约20 m处，倾向长度227 m，走向长度1 800 m，煤厚2.2～3.3 m。工作面采用两巷布置，2101巷为胶带巷，兼做进风；5101巷为辅运巷，兼做回风。8101工作面水平方向外错C3-5号层8108工作面10 m，见图2。

图2 8101工作面与8108工作面平面布置

3 实施效果

3.1 回采期间矿压显现

8107工作面回采期间工作面周期来压步距为18～21 m，来压时在线监控显示支架最大工作阻力基本能达到40 MPa，8108工作面初采阶段由于来压显现强度小，来压步距不规律，为19～38 m，在进入周期来压阶段时，周期来压步距为25～29 m，支架工作阻力一般为30 MPa，来压不明显。临空巷道未发生明显超前支护应力集中显现事件，胶带巷超前支护范围也未出现顶板下沉。由此可知开采解放层对C3-5号层综放8108工作面开采起到卸压作用。

3.2 掘进期间矿压显现

8107工作面与5108巷掘进交锋在巷道里程1 400 m处，5108巷在交锋前50 m出现底鼓现象，路面出现裂缝、破损，后期对底鼓区域起底，重新铺底；部分位置有锚杆失效，现场采用组合锚索进行补强支护，共计补强支护范围为100 m。保护层开采后，8108工作面与5109巷交锋在1 800 m处，5109巷内出现轻微底鼓，巷道变形较小，巷道支护完好。

4 结 语

1) 针对特厚煤层综放工作面回采过程中的强矿压问题，本文提出了通过开采解放层来治理强矿压的方法，为大同矿区同条件矿井提供了参考经验。

2) 开采解放层有效缓解了特厚煤层综放工作面回采期的矿压显现，保障了特厚煤层综放工作面的安全。

3) 开采解放层提高了矿井资源回收率，延长了矿井服务年限。塔山矿山4号煤层一盘区设计布置5个工作面，三盘区设计布置9个工作面，共14个工作面，预计可采出煤炭近2 000万t，经济效益显著。