厚煤层孤岛工作面巷道围岩控制技术研究.pdf

4206 island top-coal caving face to carry out industrial tests, actually measured and summarized the surrounding rock deation law of the mining roadway in the island top-coal caving face, and analyzed the rationality of the roadway support s and parameters. The field application results show that the tunnel surrounding rock deation control effect is better, and the support-wall rock is in a steady state. It reflects the rationality of coal pillar retention and support , and has guidance and reference significance for the mining of similar island working face. Key words island coal face，numerical simulation，coal pillar，surrounding rock control ThesisApplied research 目录 I 目 录 1 绪论.........................................................................................................................................1 1.1 选题背景及研究意义...................................................................................................1 1.1.1 选题背景.........................................................................................................1 1.1.2 研究意义.........................................................................................................1 1.2 国内外研究现状...........................................................................................................2 1.2.1 厚煤层孤岛面上覆岩层活动规律研究现状.................................................2 1.2.2 厚煤层孤岛面沿空掘巷煤柱研究现状.........................................................3 1.2.3 厚煤层孤岛工作面巷道围岩控制研究现状.................................................4 1.3 主要研究内容及技术路线...........................................................................................5 1.3.1 主要研究内容.................................................................................................5 1.3.2 研究技术路线.................................................................................................5 2 孤岛综放面工程地质特征及围岩结构应力分析.................................................................7 2.1 工程概况.......................................................................................................................7 2.2 孤岛工作面巷道围岩结构及应力特征.......................................................................9 2.2.1 上覆岩层结构特征.........................................................................................9 2.2.2 上覆岩层应力特征.......................................................................................10 2.2.3 上覆岩层结构模型.......................................................................................11 2.3 本章小结.....................................................................................................................11 3 孤岛工作面煤柱合理宽度研究...........................................................................................13 3.1 孤岛工作面煤柱应力分析.........................................................................................13 3.1.1 沿空窄煤柱的基本特征...............................................................................13 3.1.2 煤柱的应力分布特征...................................................................................14 3.1.3 巷道侧煤柱边缘塑性区应力分析...............................................................15 3.1.4 采空区侧煤柱边缘塑性区应力分析...........................................................17 3.2 孤岛工作面沿空窄煤柱巷道煤柱宽度的理论确定.................................................18 3.2.1 煤柱宽度留设的基本原则...........................................................................18 3.2.2 护巷窄煤柱宽度的理论确定.......................................................................18 3.3 孤岛工作面沿空护巷煤柱合理宽度数值模拟分析.................................................19 3.3.1 数值模型的建立...........................................................................................19 3.3.2 孤岛工作面围岩应力分布规律...................................................................20 3.3.3 掘巷后不同宽度煤柱留设方案结果分析...................................................21 3.3.4 回采阶段不同宽度煤柱留设方案结果分析...............................................26 目录 II 3.4 本章小结.....................................................................................................................34 4 厚煤层孤岛工作面巷道围岩控制技术研究.......................................................................35 4.1 巷道围岩变形破坏特征分析.....................................................................................35 4.1.1 掘巷阶段巷道围岩变形破坏特征...............................................................35 4.1.2 回采阶段巷道围岩变形破坏特征...............................................................36 4.1.3 厚煤层孤岛工作面巷道围岩变形破坏控制方法.......................................39 4.2 厚煤层孤岛工作面巷道围岩变形控制技术.............................................................40 4.2.1 厚煤层孤岛工作面巷道支护原理...............................................................40 4.2.2 巷道围岩变形控制支护方式及支护参数分析...........................................41 4.2.3 支护效果对比分析.......................................................................................47 4.3 孤岛工作面巷道支护形式.........................................................................................50 4.3.1 巷道支护形式及参数...................................................................................50 4.3.2 孤岛工作面煤体注浆参数...........................................................................53 4.4 本章小结.....................................................................................................................54 5 4206 孤岛工作面工业性试验效果分析..............................................................................55 5.1 巷道围岩变形监测分析.............................................................................................55 5.1.1 巷道围岩变形监测方案...............................................................................55 5.1.2 监测结果分析...............................................................................................58 5.2 孤岛工作面扰动应力分析.........................................................................................60 5.3 现场应用效果分析.....................................................................................................61 5.4 本章小结.....................................................................................................................62 6 结论与展望...........................................................................................................................63 6.1 结论.............................................................................................................................63 6.2 展望.............................................................................................................................63 致 谢.........................................................................................................................................65 参考文献...................................................................................................................................66 附 录.........................................................................................................................................69 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题背景及研究意义 1.1.1 选题背景 煤炭是中国主要的基础消耗能源，随着开采机械先进智能化、开采技术成熟化，煤 炭由露天开采逐渐转向地下开采[1-3]。 深部应力场、 采空区侧向支承压力和本工作面采动 造成的集中应力会使煤（岩）体产生“剧烈”的动力破坏，动力特征表现为巷道顶板冒 落严重，围岩裂隙发育及破碎，巷道变形量大，工作面支柱承受荷载大，而在采区中断 层等自然构造区域、密集巷道与不规则共存的区域，其强矿压现象更加频繁、突出。 开采技术逐渐成熟化、先进化，煤炭开采逐渐向深部发展，而深井巷围岩稳定性的 问题越来越突出。煤炭开采过程中，矿区为实现煤炭开采的经济效益、生产平稳接续， 减轻相邻工作面回采期间动压等扰动，减少服务巷道返修率及维修成本，采取跳采方式 来保证安全生产及接续，因此而形成孤岛面。孤岛面相邻两侧均为采空区，上覆岩层荷 载传至孤岛工作面煤岩体， 煤岩体内应力重分布， 与一般非孤岛面相比应力集中程度高、 矿压显现较为剧烈，巷道支护难度大、返修率高。 建新矿周边某煤矿其采区内首次进行孤岛面开采时，因不合理煤柱宽度留设、支护 方式等因素导致工作面煤岩体内应力值高，巷道变形较大，其综放孤岛面首采失败。建 新矿 4206 工作面也属于孤岛综放面，其两侧采空顶较大，工作面矿压显现，为保证综 放孤岛面能成功安全开采，进一步研究孤岛工作面上覆围岩活动规律、护巷煤柱留设宽 度及巷道支护方式。 1.1.2 研究意义 综放开采技术具有低成本、低投入、高产出、高效率、高效益、安全可靠和系统简 单等特点，因此在我国厚煤层开采中被广泛应用。一般在上区段工作面上覆围岩活动基 本达到稳定时，才进行沿空掘巷，而孤岛工作面内煤柱煤体的内应力较大，为维护巷道 的稳定性，矿区一般采用留设较宽护巷煤柱的方式，但是实际上巷道变形大、片帮等问 题依然没有得到有效解决，浪费煤炭资源的同时生产也受到严重的制约，甚至危害作业 人员的生命安全，因此，众多学者提出留设窄煤柱方法，提高煤柱及巷道稳定性，达到 安全高效生产的目的。 采煤工作面的围岩控制研究在非孤岛面上比较成熟， 而孤岛面随着两侧采空区老顶 断裂，顶板弯曲下沉速率快、离层量大，上覆岩层活动剧烈、采场的矿山压力大、应力 西安科技大学全日制工程硕士学位论文 2 高度集中，巷道围岩发生变形破坏的程度更加严重，围岩控制难度较大。目前，国内仍 较多的使用宽煤柱护巷，孤岛面开采较少采用窄煤柱护巷，煤柱的宽度减小，巷道围岩 的变形也越强烈， 因此巷道围岩的完整性和巷道围岩的应力分布形式[4-6]与煤柱宽度的大 小有较大的关联， 留设合理宽度的煤柱很大程度上保持煤柱稳定性的同时又减少煤炭资 源浪费。研究孤岛工作面护巷煤柱合理宽度的留设、沿空巷道的支护方式，有利于实现 工作面的高效安全回采。研究的成果可以推广应用到其他类似条件的巷道中，对类似孤 岛工作面的开采具有指导和借鉴意义。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 厚煤层孤岛面上覆岩层活动规律研究现状 国内外学者对采场覆岩的运动、变形、破坏等活动规律进行较多的研究[7-13]，国外 很早就提出认为工作面的支架主要承载冒落拱内岩石荷载的压力拱假说、 顶板岩梁周期 断裂折裂引起周期来压的悬臂梁假说、上覆岩层两带破坏形式使得支架及围岩呈现“给 定荷载状态”和“给定变形状态”两种状态的铰接岩块假说、预裂成隙假说，四种假说 都在一定程度上对矿山压力显现规律进行解释。国内学者做出很多研究成果，采矿理论 及技术在我国迅速成熟。20 世纪 80 年代初，钱鸣高院士提出了采场上覆岩层的“砌体 梁”假说；90 年代，钱鸣高院士又提出了“关键层”理论以及“S-R”稳定性原理，确 定了“砌体梁”关键块的滑落与转动变形失稳条件。 侯朝炯、李学华[14]提出巷道周围的顶煤、上覆岩层为“大结构”及巷道周围锚杆支 护与围岩形成的锚固体形成“小结构”，并对大、小结构的变形规律及受力特征进行研 究分析，建立大结构的力学模型研究其稳定性，得出弧三角形关键块是影响围岩大结构 稳定性的关键因素， 小结构稳定性取决于沿空掘巷留设的护巷煤柱以及巷道围岩的支护 强度，一定程度上还受上覆岩层大结构的影响。 张源等[15]通过对相邻采空区上覆岩层未稳定的沿空巷道围岩变形破坏进行研究， 提 出了“基本测量尺度-裂隙条数法”钻孔裂隙统计方法，得出巷道顶板岩层裂隙形式为 纵向裂隙和横向裂隙，采空区上覆岩层随时间延长裂隙逐渐演化形成断裂带，导致基本 顶产生断裂、回转和滑移破坏，影响围岩稳定性。 王锦山[16]通过相似模拟实验研究孤岛工作面上覆岩层变形破坏的过程， 孤岛工作面 开采完后，三个采空区的上覆岩层断裂后会形成连通，断裂带的高度急剧上升，上覆岩 层的重量几乎全部转移孤岛面煤柱上，距采空区 56 m 范围属于应力降低区，将巷道布 置于此位置有利于控制巷道围岩稳定性。 于斌等[17]对采空空间较大的特厚煤层采场结构进行研究， 分析上覆岩层关键层断裂 特征，建立采场结构演化模型，根据距煤层距离的大小将关键层分为近场关键层和远场 1 绪论 3 关键层，综放开采后进场关键层主要呈现竖向“O-X”破断特征，由于采高较大回转量 过大，无法形成采高较小时的“砌体梁”稳定结构，对临空巷道产生挤压，巷道围岩压 力大而易失稳。远场关键层呈横向“O-X”破断特征，其关键层以“悬臂梁”结构形式 断裂的层数越多矿压显现强度越大，工作面支架受力较大而发生失稳破坏。 李化敏等对大采高综放工作面采空区覆岩运动规律进行研究，采高较小的情况下， 工作面上覆岩层可形成稳定结构的基本顶，综放开采时基本顶转化为直接顶，由于基本 顶强度较大，易形成悬臂梁结构，较高层位的岩层仍处于稳定的砌体梁结构，形成“上 位砌体梁下位倒台阶组合相组合悬臂梁”的大小结构特征，工作面正常回采时，支架 受力较小，工作面来压导致稳定的砌体梁结构层发生失稳，致使工作面支架受力骤然增 大，动载较为明显。 1.2.2 厚煤层孤岛面沿空掘巷煤柱研究现状 沿空留巷、掘巷技术在 20 世纪 70 年代之后逐渐走向成熟并被广泛的推广使用。通 常煤柱中的内应力会在沿空掘巷后会重新进行分布，巷道顶板发生变形，而护巷煤柱的 宽度直接影响巷道围岩应力及巷道围岩的完整性[18-30]。 李磊[31]等通过对基本顶在采空区边缘煤体内弹塑性交接处断裂形成弧形三角块进 行研究分析，依据基本顶断裂后实体煤所受支承压力分为“内应力场”和“外应力场” 理论，建立沿空掘巷围岩稳定性的力学模型，得出“内应力场”理论宽度的表达式。因 “内应力场”中围岩应力小于原岩应力，巷道围岩稳定较高，合理宽度应满足应力降低 区范围还应考虑内部核心承载区、采空区积水等因素，从而确定煤柱宽度。 辛亚军等[32]通过相似模拟实验研究了软煤采面煤柱尺寸留设与巷道稳定性的关系， 当模型煤柱尺寸为 300 mm（实际煤柱宽度为 15 m），巷道围岩的应力状态受其影响， 巷道帮部先出现变形破坏且产生不对称的塑性变形。 帮部煤岩体在荷载作用下被压缩并 向巷道内侧变形，顶板下沉，裂隙发育加剧，巷道变形速率趋势增大、工作面支架压力 剧增； 模型煤柱尺寸为 150 mm（实际煤柱宽度 7.5 m） ，此时沿空护巷煤柱内应力集中， 塑性区、破碎区发育围岩裂隙与采空区煤壁裂隙贯通，煤柱呈屈服承载状态，巷道支架 载荷右侧大于左侧，巷道围岩稳定性降低。 种阳等[33]通过对特厚煤层上覆岩层的稳定性进行研究， 基于极限平衡理论建立了煤 柱稳定性分析的力学模型，提出上区段护巷煤柱采空侧及巷道侧塑性区宽度计算方法， 煤柱内还必须存在非塑性区，以保持煤柱的稳定性，并提出有效的巷道支护方式。 惠兴田教授等[34]对煤柱极限平衡区内煤体进行分析， 限定煤柱极限塑性承载宽度的 范围，从而计算出理论宽度。基于自稳隐形拱理论分析不同巷道断面及支护方式围岩变 形破坏的差异性，运用数值模拟对煤柱宽度和控制巷道围岩变形的支护参数进行优化， 有效预防了高瓦斯易自燃厚煤层自然灾害。 西安科技大学全日制工程硕士学位论文 4 王永等[35]提出当护巷窄煤柱内应存在核心区时，煤柱具有一定的承载力，覆上岩层 荷载作用下能保持稳定状态。巷道采用锚网梁联合支护，锚杆锚固端应与稳定岩层（核 心区）紧密连接产生较强的锚固力，避免锚杆失效，因此煤柱内的核心区宽度应大于或 等于煤柱的二分之一，以保持煤柱的稳定性。 姜耀东等[36]研究构造应力区位置差异应对采空区边缘煤体应力分布的影响， 埋深增 加，褶曲构造应力区采空区边缘煤岩体的应力集中系数减小，煤柱的垂直应力峰值向巷 道煤侧偏转；煤柱较窄时，构造应力的影响更加明显，煤柱宽度为 4.010.0 m 围岩变形 量呈“分别相似”特征，大于 10 m 时，巷道两帮变形变化趋势一致；随着煤柱宽度增 加，围岩变形量先增大后减小，当宽度为 6.07.0 m 时，有利于提高围岩的稳定性，此 时巷道围岩变形量达到极小值。 1.2.3 厚煤层孤岛工作面巷道围岩控制研究现状 孤岛面回采巷道围岩的稳定性是综放孤岛面能否安全生产的关键因素， 巷道围岩应 力分布特征、强度及巷道支护方式影响围岩变形破坏的程度，因此当前有大量的专家学 者从回采巷道围岩的变形机理和控制角度出发对孤岛面进行了深入的研究， 并且得到了 很多有意义的理论成果[37-42]。 惠兴田[43-45]用极限推断法则研究围岩稳定性并提出了自稳隐形拱理论，再此基础上 将巷道围岩的稳定区进行划分， 认为锚杆支护主要是将自稳隐形拱内围岩的裂隙沟通等 变形扩容进行控制就能够保证围岩稳定性， 与此同时根据锚杆围岩界面耦合提出耦合定 律，以此推论控制围岩就是用锚杆的应变限制围岩应变达到控制围岩稳定性，有效控 制围岩的技术措施是高-大-长（高预应力，适应大变形和长粘结锚固）。 张炜等通过数值模型得出常规工作面的沿空掘巷在一般情况下由于采掘而形成的 超前支承压力小于综放孤岛面， 前者应力集中系数仅为后者的 0.43 倍。 分析沿空掘巷围 岩应力分布并建立了力学模型，采空区老顶所受弯矩最大，其产生的裂缝通常会使得顶 板“小结构”的稳定性失效，最终致使顶板上的“大结构”出现损伤断裂损坏。受布置 位置影响，沿空巷道围岩变形破坏程度不一，一般置于大结构下方，并加强顶板控制， 增大主要锚固结构的长度、 直径、 锚固密度等支护参数， 围岩应力集中及变形得到改善。 翟文立等[46]分析深部矿井工作面顶底板及煤层的岩性特征和煤巷的应力环境， 采取 对锚杆施加高预紧力，巷道两帮及顶板浅部围岩变形得到有效控制，支护体系的初期支 护效率较高，围岩和窄煤柱的稳定性也得到改善，进而提出高预紧力锚网索联合支护体 系，一定程度上可有效控制巷道变形。 邓康宁等[47]人以淮北孙瞳煤矿 1026 孤岛工作面回采巷道为研究对象，巷道破坏严 重两帮收敛变形较大，回采巷道端头破坏尤为明显。从煤层倾角、采动动压、顶底板岩 性和支护结构方面分析影响巷道破坏的机理， 提出超前支护采用单体液压支柱与 U 型棚 1 绪论 5 结合的方式，端头围岩表面位移量明显减小。 陈晓祥等[48]人通过分析巷道两帮出现“平移”大变形的机理，提出围岩变形机制是 由多种机制复合而成的变形力学机制，因此采用锚网索联合支护，使得 7603 运输巷由 不稳定的复合型变形机制转变为稳定的单一重力型力学机制。 张鹏鹏等提出综放开采工作面沿空掘巷期间采用“锚杆长短锚索”一次支护，可 有效得控制巷道变形，回采期间，超前支承压力及采空区影响，巷道顶底板、两帮围岩 明显向巷道内侧变形， 采取顶板、 两帮注浆加固二次支护方案， 围岩变形处于可控范围， 实现了安全高效生产。 综上所述，工作面上覆岩层“悬臂梁”及“砌体梁”结构、关键块理论、“O-X” 断裂特征及活动规律，导致工作面矿压显现，深部开采地应力较大，煤柱的留设宽度是 煤柱稳定性的关键因素，而煤柱的稳定性制约煤炭开采的高效性、安全性，因此，对沿 空巷道围岩控制进行大量研究。建新矿 4206 工作面属于孤岛面综放面，其两侧采空顶 较大，工作面矿压显现，选择合适的巷道位置和提高窄煤柱的承载能力是保证巷道围岩 完整性的关键因素，需进一步研究孤岛工作面上覆围岩活动规律、护巷煤柱留设宽度及 巷道支护方式，以保证综放孤岛面能成功安全开采。但实际工程具有差异性，综放孤岛 面开采仍存在很多问题，需结合实际问题进行分析与研究。 1.3 主要研究内容及技术路线 1.3.1 主要研究内容 （1）根据矿区的基本地质勘查资料，通过理论分析、数值模拟以及现场实测等方 式分析了综放孤岛面上覆岩层的结构和应力特征并建立结构模型。 （2）通过理论分析法对煤柱的应力分布特征进行了研究，得到了煤柱在理论上的 合理宽度，以建新煤业 4206 孤岛综放面为原型，基于 FLAC3D 数值模拟软件建立数值 分析模型， 进一步优化合理的护巷煤柱宽度， 并分析巷道掘进及回采期间煤柱的稳定性。 （3）对巷道掘进和回采期间围岩的变形破坏特征进行研究，得出控制围岩变形破 坏的方法及支护巷道围岩的原理。研究厚煤层孤岛工作面沿空巷道掘进期间支护、回采 期间加固支护及特殊区域二次加固支护采用合理支护方案，有效控制围岩变形。 （4）建新矿 4206 综放孤岛面实施工业性应用，布置矿压监测测站，实测并总结厚 煤层孤岛工作面巷道围岩变形破坏规律，分析巷道支护方式及参数的合理性。 1.3.2 研究技术路线 工作面围岩结构应力分布、煤柱留设的宽度以及巷道支护形式影响巷道围岩稳定 性，如图 1.1 所示，本文主要研究技术路线根据 4206 孤岛综放面结构特征，分析孤岛 西安科技大学全日制工程硕士学位论文 6 综放面形成后和开采过程中的上覆岩层结构、应力特征；研究工作面煤柱应力分布，基 于极限平衡理论对区段煤柱边缘煤体任意一点应力进行分析， 从而计算出煤柱的理论宽 度，建立数值模型，分析不同宽度煤柱留设方案，掘进及回采过程中巷道围岩应力、塑 性区及变形特征，选取合理的煤柱宽度；以建新煤业 4206 孤岛综放面为原型，利用数 值模拟分析孤岛综放面形成后和开采过程中的围岩变形破坏特征， 进而分析围岩变形破 坏控制方法及巷道支护原理，在自稳隐形拱理论基础上对支护形式及参数进行分析，得 出合理的巷道支护形式，最终控制巷道围岩大变形；建新矿实施工业性应用，通过现场 实测对 4206 孤岛综放面巷道围岩控制效果进行分析。 图 1.1 技术路线图 2 孤岛综放面工程地质特征及围岩结构应力分析 7 2 孤岛综放面工程地质特征及围岩结构应力分析 2.1 工程概况 （1）工作面地质 4206 工作面为孤岛工作面， 整个工作面走向为西南-东北方向， 走向长度 2132.93 m， 位于建新矿区的 42 盘区东部，其北侧 4204 与 4208 工作面均已回采完毕，采空区上覆 围岩活动趋于稳定， 与紧邻 4208 工作面的 4210 工作面正处于回采阶段。 4206 工作面的 关系位置如图 2.1。 4204采空区 4206工作面 4208采空区 4210工作面 停采线 4206运输顺槽 4206回风顺槽 图 2.1 4206 工作面位置关系示意图 42 盘区的安装通道主要分布于矿区的东边界限， 辅助运输大巷、 运煤的胶带大巷以 及供井下通风的回风大巷布置在矿区西边。地面最大标高1471 m，最低标高1260 m， 工作面标高790874 m，平均埋深 550 m，属于深部矿井，自然地压较大。受两侧采 空区大面积悬顶应力集中以及动压影响，矿压较大巷道变形严重，属于危险性较高的孤 岛工作面。 （2）煤层条件 矿区内含煤地层属于延安组， 可采煤层为下旋回顶部的4-2煤层， 平均厚度为7.83 m， 煤层倾角平均 3左右，弹性能指数为 7.03，冲击能指数为 6.52，单轴抗压强度为 19.02MPa。煤层上覆顶板依次为中粒砂岩、粉砂岩相互交替叠加，并含有灰黑色、深灰 色的粉砂岩与细砂岩；底板主要为灰杂色炭质泥，较少的灰白色泥质砂岩。地质柱状图 如图 2.2。 西安科技大学全日制工程硕士学位论文 8 4.33 柱状 真厚（m）累深岩石名称 岩性描述 2.99 6.29 4.00 2.21 1.00 9.35 1.93 1.40 1.00 灰黑色，深灰色斜层理及波状 层理 灰白色，灰黑色，斜波状层理， 含云母质点植物化石 灰褐色，深灰色水平层理，含 黄铁矿结核，植物化石 灰白色，云母，石英组成，泥 质胶结，断续波状层理，含黄 铁矿结核，煤屑 深灰色，黑灰色，条状带，微 波状层理，含植物化石，黄铁 矿结核，菱铁质透镜体 黑色块状，主要由暗煤组成， 沥青光泽，半亮型煤 深灰色，水平层理，含植物化 石，黄铁矿结核，云母质点 黑色块体，主要由暗煤，亮煤 组成，半亮型煤 深灰色，灰褐色，水平层理， 含植物化石 黑色，褐黑色，水平层理，含 根部化石 黑色块体，夹薄煤及砂质泥岩 粉细互层 细砂岩 中砂岩 煤4-2 粉砂岩 细砂岩 炭质泥岩 粉砂岩 煤4-2 粉砂岩 粉砂岩 1.97 582.1 584.1 587.1 593.4 597.4 599.5 600.5 609.8 611.8 613.2 614.2 图 2.2 地质柱状图 （3）水文地质 工作面顶底板岩层中具有含水量较大的砂岩，该含水层具有富水性较差的特点，而 且砂岩含水层中的水大多是由淋水和滴水进行补给，其是 4206 工作面运输巷道主要水 源，沿空巷道掘进过程中，巷道顶板的部分区域有少量的滴水现象。 据建新煤矿 42 盘区采场矿压变化及采空区动力响应特征判断，采区没有较大的地 质构造，构造应力对整个 42 盘区的影响比较弱，位于东西走向向斜上的 4206 工作面在 整体上是呈现出单斜构造的形状。 （4）矿压特征 两侧 4204 和 4208 工作面均已采空， 4206 为综放孤岛工作面， 由于煤层开采厚度大， 采空区直接顶充分冒落，裂隙带发展程度高，上覆岩层呈“T”形分布。相邻 4204 工作面 顺槽在掘进及回采过程，其巷道底鼓大、两帮变形量大、顶板下沉严重。 2 孤岛综放面工程地质特征及围岩结构应力分析 9 （5）瓦斯特征 在 2012 年时，对瓦斯的浓度进行了鉴定，结果发现，瓦斯每分钟的绝对涌出量达 0.33 m3，而瓦斯的相对涌出量为每吨 2.10 m3，CO2每分钟的产出量为 0.25 m3。 （6）矿压特征 两侧 4204 和 4208 工作面均已采空， 4206 为综放孤岛工作面， 由于煤层开采厚度大， 采空区直接顶充分冒落，裂隙带发展程度高，上覆岩层呈“T”形分布，矿压显现要比一 般的工作面要大。相邻 4204 工作面顺槽在掘进及回采过程，其巷道底鼓大、两帮变形 量大、顶板下沉严重，表明建新煤矿的矿压与其周围建北煤矿、黄陵一号二号煤矿相比 其矿压较大，4206 孤岛面不同于一般非孤岛面，矿压显现更为严重。 （7）其他 ① 煤层自燃倾向性 4-2煤的自燃时间为 3 至 6 个月，最短时仅需 59 天。 ② 煤尘爆炸危险性 煤尘通常具有爆炸的趋势，其爆炸指数为 35.46 至 47.10 左右。 2.2 孤岛工作面巷道围岩结构及应力特征 孤岛综放面与非孤岛面相比，矿压显现程度及上覆岩层的运移规律差异性很大，经 受相邻工作面回采动压影响后，工作面煤柱内侧向支承压力影响范围大，应力峰值高， 矿压较大、围岩运动剧烈，因此研究孤岛综放面覆岩的运动规律对护巷窄煤柱宽度的确 定有重要意义。 2.2.1 上覆岩层结构特征 4206 工作面煤层厚度平均 7.83 m， 采用综放的方式进行开采