回采工作面近距離聯(lián)合開采技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：文章通過華苑煤業(yè)9201、10201兩首采工作面礦壓觀測(cè)，掌握了9#、10#煤層頂板初次來壓和周期來壓步距、工作面支架支護(hù)度、圍巖破壞活動(dòng)過程煤壁中應(yīng)力變化大小和應(yīng)力影響范圍。為現(xiàn)場(chǎng)管理提供完善、準(zhǔn)確的資料，以直接指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，解決工程問題。

關(guān)鍵詞：回采工作面；近距離聯(lián)合開采技術(shù)；初次來壓；周期來壓；老頂來壓；錯(cuò)距 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD823 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 觀測(cè)目的

工作面礦山壓力觀測(cè)是開采過程中礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。為現(xiàn)場(chǎng)管理提供完善準(zhǔn)確的資料，指導(dǎo)工程實(shí)踐，解決工程問題，礦壓觀測(cè)有以下兩方面的目的：（1）通過分析觀測(cè)數(shù)據(jù)確定煤層頂板初次來壓和周期來壓步距、工作面支架支護(hù)強(qiáng)度；（2）分析頂板活動(dòng)規(guī)律，獲得圍巖破壞活動(dòng)過程中煤壁應(yīng)力變化大小和應(yīng)力影響

范圍。

2 煤層自然狀況

9號(hào)煤層位于太原組下段頂部，煤層厚度0.92～1.40m，平均1.12m。該煤層層位穩(wěn)定，厚度變化不大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸。煤層直接頂板和老頂均為K2灰?guī)r，厚5～8m左右，裂隙不發(fā)育，為穩(wěn)定類頂板。局部地段有薄層狀的偽頂，厚0.50m左右，屬軟弱巖層。底板為泥巖、砂巖泥巖，厚4～6m左右，屬軟弱

巖層。

10號(hào)煤層位于太原組下段中上部，煤層厚度3.45～4.75m，平均4.23m。該煤層層位穩(wěn)定，一般含矸2～3層，局部達(dá)5層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。煤層直接頂板為砂巖泥巖、泥巖，厚4～6m左右，其中砂質(zhì)泥巖頂板抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均較高，裂隙不發(fā)育，屬中等穩(wěn)定頂板。老頂為K2灰?guī)r，厚5～8m，屬堅(jiān)硬巖層。底板大部為泥巖、砂巖泥巖，厚2～5m左右，抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均較低，屬較弱巖層。局部為細(xì)砂巖，屬堅(jiān)硬巖層。

3 觀測(cè)內(nèi)容

工作面支架支護(hù)載荷的觀測(cè)。通過支架支護(hù)載荷的觀測(cè)確定頂板壓力的大小及初次來壓、周期來壓、老頂來壓及錯(cuò)距。

聯(lián)合開采通常都采用“分層開采”與“分層同采”兩種方式。而采用“分層分采”方式，工作面接替比較困難，尤其是上層煤較薄、下層煤較厚的情況下，若先開采上層薄煤層，礦井生產(chǎn)能力將受到極大影響，很難達(dá)產(chǎn)；若先采下層煤，由于層間距較小，上層煤極易遭受破壞，工作面難以回采，嚴(yán)重時(shí)，上煤層不能開采；通過分析下層煤工作面超前壓力的影響范圍，有效地避開上、下層工作面的動(dòng)壓重疊，防止上煤層壓力過大發(fā)現(xiàn)片幫冒頂事故，可以更有利于回采工作面的頂板控制及巷道維護(hù)，保證下工作面安全正常生產(chǎn)。

4 礦壓觀測(cè)的手段

4.1 工作面支架載荷的觀測(cè)

工作面支架支護(hù)載荷的觀測(cè)是采煤工作面礦壓觀測(cè)的重要部分，其觀測(cè)結(jié)果是確定頂板來壓特征的重要依據(jù)，包括老頂周期來壓特征及來壓強(qiáng)度，其目的在于掌握所觀測(cè)工作面的圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為頂板分類、支架選型、確定頂板控制措施提供可靠依據(jù)。另外支架載荷的觀測(cè)結(jié)果也是對(duì)支架支護(hù)參數(shù)合理性進(jìn)行分析的重要

依據(jù)。

4.2 工作面超前支承壓力的觀測(cè)

工作面前方煤壁中應(yīng)力的大小及其變化反映超前支承壓力的影響范圍和影響強(qiáng)度，工作面前方煤體內(nèi)未受采動(dòng)影響的某一點(diǎn)，隨著工作面的推進(jìn)，其應(yīng)力的大小將發(fā)生變化，所以通過該點(diǎn)的應(yīng)力變化就能捕捉超前支承壓力的影響范圍和應(yīng)力集中峰值點(diǎn)，即以定點(diǎn)的應(yīng)力變化間接地觀測(cè)超前支承壓力的影響范圍和影響強(qiáng)度。

利用單體液壓支柱工作阻力檢測(cè)儀對(duì)兩順槽中的單體液壓支柱進(jìn)行壓力觀測(cè)，從而確定超前支承壓力的影響范圍和峰值點(diǎn)。

5 礦壓觀測(cè)分析

5.1 初次來壓

當(dāng)9201工作面平均推進(jìn)20m時(shí)，10201工作面平均推進(jìn)6m時(shí)，工作面中部直接頂開始冒落，隨后沿工作面逐步向兩邊跨落。

5.2 周期來壓

連續(xù)測(cè)17次周期來壓，9201工作面周期來壓步距分別為22m、15m、20.6m、10.4m、9.7m、2.3m、8m、16.85m、23.85m；推進(jìn)至137m、149m時(shí)，10201工作面壓力也較大，導(dǎo)致10201工作面壓力變大，出現(xiàn)步距為2.3m；工作面周期來壓步距平均為20.4m（圖1）；10201工作面以10#、11#、55#、56#、104#、105#支架為3條測(cè)線，周期來壓步距膠帶巷側(cè)平均為17m、中部平均為15.3m、軌道巷側(cè)平均為14.6m（圖2）。

5.3 老頂來壓

當(dāng)9201工作面推進(jìn)42m時(shí)，以工作面5#、6#、50#、51#、94#、95#支架為3條測(cè)線。工作面平均推進(jìn)至55m時(shí)，3條測(cè)線都達(dá)到峰值，工作面有44架支架壓力較大，最大壓力達(dá)51MPa；工作面煤壁不平直，以此推斷老頂初次來壓步距為55m；當(dāng)10201工作面推進(jìn)50m時(shí)，液壓支架壓力增大，頂板開始響動(dòng)，伴有炮聲；工作面推進(jìn)54m時(shí)，煤壁有片幫現(xiàn)象，并伴有悶聲；在推進(jìn)至54m時(shí)，工作面有46架支架壓力較大，最大壓力達(dá)51MPa；在推進(jìn)至57m時(shí)，工作面有56架支架壓力較大，最大壓力達(dá)68MPa，以此推斷老頂初次來壓步距為54m。

5.4 兩工作面錯(cuò)距

當(dāng)9201工作面與10201工作面前后錯(cuò)距在40m以外時(shí)，10201工作面頂板受9201工作面采動(dòng)影響較大，頂板破碎嚴(yán)重，巷道20m范圍內(nèi)收斂量變化較大，造成工作面漏頂、端頭支護(hù)及超前維護(hù)工作量難度增大；當(dāng)9201工作面與10201工作面前后錯(cuò)距在20m以內(nèi)時(shí)，9201工作面頂板受10201工作面采動(dòng)影響頂板開裂且壓力增大，造成9201工作面支架壓力較大，立柱行程達(dá)不到規(guī)定要求300mm，拉架難度增大。

5.5 理論及實(shí)際推算確定

5.5.1 Xmin=M/tan&+L+b

式中：

Xmin——上、下煤層工作面的安全錯(cuò)距m

M——兩煤層間距，5.28m

δ——層間巖石移動(dòng)角，取60°

L——考慮到兩層工作面推進(jìn)速度不均衡所附加的備用距離，一般不小于15～20m

b——9201工作面的最大控頂距，4.7m

經(jīng)計(jì)算，上、下煤層工作面的安全錯(cuò)距最小為30m。

5.5.2 Xmax=L+L1-L2

式中：

Xmax——上、下煤層工作面的安全錯(cuò)距m

L——9201工作面老頂來壓，50m

L1——9201工作面最大空頂距，4.7m

L2——10201工作面最大空頂距，5.173m

經(jīng)計(jì)算，上、下煤層工作面的安全錯(cuò)距最大為50m。

6 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)分析，得出9201工作面周圍來壓為20m。10201工作面周期來壓為17m，9201、10201兩工作面前后錯(cuò)距在30～50m范為內(nèi)，兩首采工作面均能正常生產(chǎn)。

聯(lián)合開采的優(yōu)點(diǎn)：（1）有利于礦井合理集中生產(chǎn)，使采準(zhǔn)巷道系統(tǒng)合理集中的生產(chǎn)能力和增產(chǎn)潛力；保證礦井系統(tǒng)完善性，為綜合機(jī)械化和自動(dòng)化創(chuàng)造條件；減少巷道系統(tǒng)，減少巷道掘進(jìn)和維護(hù)量，減少設(shè)備占用臺(tái)數(shù)和生產(chǎn)費(fèi)用，便于采掘的正常銜接；減少煤炭損失，提高采出率；為安全創(chuàng)造好的條件；（2）同比其他聯(lián)合開采方法，降低了工程造價(jià)。在三軟地質(zhì)條件下我公司技術(shù)人員深入井下取得第一手資料為聯(lián)合開采錯(cuò)距的確定具有較高的技術(shù)含量和應(yīng)用價(jià)值，對(duì)國(guó)內(nèi)其他煤礦在三軟地質(zhì)條件下聯(lián)合開采錯(cuò)距具有較高參考價(jià)值；（3）其他，本研究對(duì)工作面構(gòu)造影響較小或不大時(shí)，確定合理錯(cuò)距準(zhǔn)確，但下層煤斷層、陷落柱等構(gòu)造發(fā)育較豐富，直接影響兩工作來壓步距，從而影響合理錯(cuò)距，所以在后期的回采過程中還要加大對(duì)上下煤層的壓力觀測(cè)、及時(shí)掌握構(gòu)造的信息參數(shù)，根據(jù)參數(shù)科學(xué)合理判斷過構(gòu)造時(shí)錯(cuò)距。

作者簡(jiǎn)介：武艷飛（1986-），男，山西左權(quán)人，太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司助理工程師。

（責(zé)任編輯：王 波）