补连塔煤矿22308综采工作面矿压显现及顶管控制

神华神东补连塔煤矿22308综采面

矿压总结

编制单位：综采一队

编制时间：2016年10月

为了提高煤炭资源回采率，2006年，神东煤炭集团开始研究大采高综采回采方式，率先布置安装了6.3m支架的大采高重型工作面，通过近三年的摸索实践，于2010年1月1日，在补连塔煤矿22303工作面布置了世界上第一个一次采全高7.0 m大采高综采工作面，为公司大采高工作面安全回采模式的创建积累了宝贵经验，此后在连续五年千万吨生产规模逐年递增的基础上，2014年实现产能突破1500万吨大关，成功创建单面1500万吨级的生产管理模式，但同时伴随许多巨大的挑战，其中最突出的问题就是对于特大采高开采条件下的矿压显现规律及顶板控制技术的研究。，

本文通过收集整理补连塔煤矿已有大采高综采工作面矿压观测资料，结合现场实践以及已完成的科研项目研究成果，对矿井已采及正在开采22煤层三盘区相关综采工作面初采期间、正常开采期间、过底鼓、上覆集中煤柱等特殊条件下矿压显现规律进行系统地分析总结。同时结合补连塔煤矿已采综采工作面特殊条件下开采经验，对各种条件下顶板灾害发生机理、顶板灾害防治技术进行总结归纳。

1、矿井概况

补连塔煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内，是中国神华神东煤炭集团公司开发建设的世界第一大井工矿井。矿井面积为106.43平方公里，可采储量14.3亿吨。主要可采煤层1－2煤层、2－2煤层和3－1煤，目前开采1－2煤层和2－2煤层，各可采煤层均为不粘煤。井田内煤层赋存稳定，煤层倾角为1～3°，煤厚3～7.3m，容重1.29×103kg/m3，上覆基岩厚度为110～230m，松散层厚度为5～35m，矿井地质条件简单，自然灾害因素少，为瓦斯矿井，适合综合机械化开采，目前矿井生产布局为三综三连。

补连塔煤矿采掘机械化程度达到100%，装备了世界上最先进的大功率采煤机和高阻力液压支架，采取长壁后退式一次采全高综合机械化采煤方法，实现了主运输系统皮带化、辅助运输胶轮化、生产系统远程自动化控制和安全监测监控系统自动化。

2、22煤三盘区（大采高综采面主采区）开采条件

2.1 煤层

补连塔煤矿22煤三盘区位于井田的西南区域，地面标高为1203~1245m，地表起伏不大，中部较高，全部被风积沙所覆盖，松散层厚5~20m，总体趋势为中部厚两翼薄，22煤上覆基岩厚度110~230m。煤层推进主要以正坡为主，多部分地段

为运顺高回顺低。煤层最大厚度为7.5m，最小6.7m，平均煤厚7.1m，煤层结构简单，煤层倾角1~3°。22煤层主要以丝炭、亮煤为主，暗煤次之，贝壳状断口，煤层中垂直裂隙发育，充填物以方解石脉和黄铁矿薄膜为主。

2.2 顶板

煤层顶板为砂质泥岩或泥岩，局部为中砂岩，抗压强度为19.04~43.63MPa，含水率一般为2.6%，软化系数0.63；底板泥岩、粉砂岩厚度2.8~7.1m，抗压强度为33.85~51.35MPa，含水率2.38%，软化系数0.45。上覆12煤采空区，22煤与12煤层间距29~32m。

2.3 水文地质条件

22煤三盘区地表有黑炭沟，基岩水主要以孔隙水和裂隙水为主，含水岩层为中砂岩、细砂岩，富水性差，含水较弱，对回采影响不大。本区大都被第四系松散层覆盖，具有一定的赋水性但储水条件较差，地下潜水多沿沟谷两侧及地形低洼处渗出，流量一般较小，主要补给源为大气降水。

本区上方为12煤三盘区采空区，采空区积水虽然已经得到有效疏放，但是存在一些局部积水区域，三盘区工作面回采时会出现明显淋水现象。

2.4 回采影响因素

2.4.1 底鼓

目前制约大采高工作面安全生产最重要的问题就是巷道底鼓问题，分析其底鼓原因，主要有两个方面：①大采高工作面采动压力显现；②22煤底板下存在一层厚度0.8-4.8m的粘土岩，以上原因造成回采巷道顶板下沉0-0.5m，两帮片帮0-1.0m，底板鼓起0-2.0m，巷道一旦发生底鼓，就很难在短时间内得到控制，由于采动应力不断在底板这个薄弱环节释放，靠近帮底的岩石或煤体在高应力作用下，持续向巷道中部挤压移动，加剧底鼓发生，随着底鼓的进一步发展，进而引起两帮下沉破坏，最后顶板失去两帮的有效支撑发生变形甚至破坏。

自2011年起，连续回采的22304、22308、22306、22308四个综采工作面巷道底鼓问题是困扰综采一队安全高效回采的最为突出的问题。

22304综采工作面底鼓影响区域为22304回顺推进至72-500m范围，主要采用被动的方式治理底鼓：工作面整体调向、起底，同时配合机尾挑顶、机尾支架垫枕木和钢板等；

22308综采工作面底鼓影响区域为22308回顺推进至93-800m范围，为积极探

索治理底鼓阶段，主要采用变被动为主动治理底鼓方案，归纳起来主要采取：①反底拱+帮顶加强支护+密集单体支护；②帮顶加强支护+混凝土预制块+密集单体支护；同时配合机尾挑顶、注马丽散等；

22306综采工作面底鼓影响区域为22306回顺推进至38-1200m范围，为优化治理底鼓阶段，归纳起来主要为：帮顶加强支护+混凝土预制块+密集单体支护+反掘22306辅巷；同时配合正帮注马丽散、矿压观测、放炮挑顶、机尾增加141#支架等；

22308综采工作面底鼓影响区域为22308回顺推进至113-1800m范围，在总结22304、22308、22306、22308综采工作面治理底鼓经验的基础上，探索出符合现场实际情况的最优治理底鼓技术方案，归纳起来主要为：帮顶加强支护+混凝土预制块+密集单体支护；同时配合正帮注马丽散、矿压观测、放炮挑顶、退锚索等；

22308综采工作面底鼓影响区域为22308回顺120-2100m范围，治理底鼓沿用22308综采工作面治理底鼓方案。

2.4.2 矿压显现

22煤三盘区大采高综采工作面符合埋藏浅、基岩厚度大等近浅埋煤层的特征。根据以往回采经验，存在大小周期来压、顶板台阶下沉、矿压显现明显、来压持续时间长、工作面片帮炸帮严重等特征。小周期来压期间，支架活柱下沉量平均400-500mm,来压持续时间平均 3.1-4.3m，来压步距12.4-13.9m，工作阻力400-460bar，尤其是大周期来压期间，来压强度和范围大，支架工作阻力为470～510bar，支架活柱下沉量平均500-800mm,来压持续时间平均4.3-5.6m，来压步距50-65m，两顺槽副帮及回顺正帮超前25m范围内片帮严重，顶板维护困难，尤其是在回采至2000m-4000m范围内，顶板会逐渐揭露一层夹矸，导致顶板来压异常，强度大、持续时间长，顶板较难维护。

2.4.3 集中煤柱

22煤三盘区综采工作面上部既有房采采空区，又有已采空的12煤综采采空区，既有房采采硐间的煤柱，又有工作面之间的保留煤柱，地质条件极为复杂。给安全和生产带来巨大影响。

三盘区12煤已经开采完毕。其中邻近尔林兔井田与四盘区的部分煤开采方式为连续采煤机开采和房柱式开采，工作面有31301L、31302L和31303L，中间留设了大量煤柱。其它区域采煤工艺多为综采，巷道为双巷掘进，双巷之间留设20~25m的保护煤柱，如31301（西）工作面、31301综采工作面、31302综采工作