綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究

張文宗

摘 要：為了掌握回采工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)橫向和縱向的發(fā)展規(guī)律及移動(dòng)概況與支架的相互關(guān)系，更好地進(jìn)行老頂來(lái)壓的預(yù)報(bào)，需要提出合理的頂板管理措施。本文以神華寸草塔二礦31203綜放工作面為研究對(duì)象，制訂礦壓觀測(cè)的方案，利用液壓支架壓力自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)31203工作面初采期間的頂板來(lái)壓現(xiàn)象及輔助運(yùn)輸順槽的頂板移近量進(jìn)行研究，得出綜采工作面初采期間內(nèi)礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律，為工作面應(yīng)對(duì)礦壓現(xiàn)象、實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提出了理論性指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：綜采;礦壓規(guī)律;頂板來(lái)壓

中圖分類號(hào)：TD323 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）31-0078-03

Research on Actual Measurement of Mine Pressure Behavior in

Fully Mechanized Mining Face

ZHANG Wenzong

（Shenhua Shendong Cuncao Tower No.2 Mine，Ordos Inner Mongolia 017209）

Abstract： In order to grasp the lateral and vertical development law of overburden strata movement and the relationship between overburden strata movement and support in mining face， and predict the main roof pressure better， reasonable roof management measures are needed. Taking the 31203 fully mechanized caving face of Shenhua Shendong Cuncao Tower No.2 Mine as the research object， the mine pressure observation scheme was formulated， and the hydraulic support pressure automatic monitoring system used the roof plate pressing phenomenon during the initial mining of 31203 working face and the roof displacement of the auxiliary transportation channel. The research on the quantity was carried out， and the basic law of mine pressure in the initial mining period of the fully mechanized mining face was obtained， which provided theoretical guidance for the working face to deal with the phenomenon of mine pressure and achieve safe and efficient production.

Keywords： fully mechanized mining;mine pressure law;roof pressure

煤礦在開(kāi)采過(guò)程中，在掘進(jìn)的擾動(dòng)作用下，改變了自然狀態(tài)下原巖的賦存狀態(tài)。隨著工作面的推進(jìn)，煤體被不斷剝落，巷道及其周圍硐室的圍巖所承受的應(yīng)力也會(huì)不斷加大并趨于復(fù)雜化，在一系列動(dòng)力現(xiàn)象（如巖體變形、支護(hù)物折損、頂板破碎等）下呈現(xiàn)出不同的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。強(qiáng)烈的礦壓顯現(xiàn)引發(fā)的礦壓事故一直占據(jù)著煤礦傷亡事故的首位，嚴(yán)重威脅著安全高效生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此，深入研究礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，科學(xué)總結(jié)預(yù)防控制措施，對(duì)煤礦實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

1 工作面概況

神華寸草塔二礦31203綜放工作面位于31煤二盤區(qū)、B54和補(bǔ)勘2鉆孔連線西南側(cè)，與連線平行[1]。工作面推進(jìn)長(zhǎng)度2 609.7m，工作面寬度253.6m，煤層厚度為3.8～7.5m，平均煤厚6.42m，傾角為4°?；夭煞秶挥?1煤與42上煤層分叉復(fù)合線兩側(cè)，分叉區(qū)范圍為：主運(yùn)順槽（8—9聯(lián)巷）482.52m處至主回撤通道、輔運(yùn)順槽（6聯(lián)巷附近）334.87m處至主回撤通道;復(fù)合區(qū)范圍為：主運(yùn)順槽485.2m處至切眼段、輔運(yùn)順槽334.87m至切眼段;工作面采用放頂煤開(kāi)采，具體流程以放煤工序?yàn)橹行模砸徊梢环艦榛竟に?，采放平行作業(yè)。其回采工藝流程為：割煤→移架→推前部運(yùn)輸機(jī)、放煤→拉后部運(yùn)輸機(jī)[2]。液壓支架選用ZFY18000/25/39D雙柱掩護(hù)式放頂煤液壓支架。

2 礦壓觀測(cè)內(nèi)容與方案

2.1 觀測(cè)內(nèi)容

①統(tǒng)計(jì)液壓支架立柱工作阻力。

②觀測(cè)工作面周期來(lái)壓期間的礦壓顯現(xiàn)情況。

③觀測(cè)頂板動(dòng)態(tài)，包括頂?shù)装逡平俊⒅芷趤?lái)壓步距、巷幫變形情況等。

2.2 觀測(cè)方案

2.2.1 測(cè)點(diǎn)布置。31203綜放工作面共設(shè)127臺(tái)液壓支架，在工作面液壓支架上每隔5架布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，即將測(cè)點(diǎn)布置在5#、15#、25#、……115#、125#支架上，工作面共布置了25個(gè)測(cè)點(diǎn)[3]。從工作面切眼開(kāi)始觀測(cè)回采期間的礦壓變化情況。

2.2.2 研究方法。利用Excel表格及Surfer軟件將觀測(cè)的礦山壓力數(shù)據(jù)制作成曲面圖表，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用人工記錄的方法，記錄工作面頂板來(lái)壓期間的煤壁片幫程度、頂板漏矸、支架立柱下沉度等現(xiàn)象，與頂板壓力曲面圖相結(jié)合，共同分析總結(jié)綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[4]。

3 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)分析

3.1 初采期間的頂板觀測(cè)

在31203綜放工作面內(nèi)面，當(dāng)工作面機(jī)頭推進(jìn)到17m、機(jī)尾推進(jìn)5m時(shí)，17#～95#支架處頂煤開(kāi)始垮落、切眼頂板冒落;機(jī)頭推進(jìn)到23m、機(jī)尾推進(jìn)15m時(shí)，機(jī)頭頂板開(kāi)始垮落;機(jī)頭推進(jìn)到34m、機(jī)尾推進(jìn)22.5m時(shí)，機(jī)尾頂板開(kāi)始垮落;工作面機(jī)頭至43m時(shí)，機(jī)尾推進(jìn)至48m時(shí)，工作面頂板全部垮落。

3.2 初采期間的來(lái)壓觀測(cè)

工作面推進(jìn)約24.22m時(shí)，直接頂開(kāi)始初次來(lái)壓，來(lái)壓不明顯。當(dāng)工作面推進(jìn)至約36m時(shí)，工作面老頂來(lái)壓，壓力持續(xù)6m。其中，75#～90#液壓支架處壓力明顯，壓力值顯示在400bar以上。此段煤壁片幫較為嚴(yán)重，有炸幫現(xiàn)象。機(jī)頭、機(jī)尾段來(lái)壓不明顯，未發(fā)生片幫、蹦錨桿、錨索及底鼓現(xiàn)象[5]。由此可以確定為工作面局部開(kāi)始來(lái)壓。

工作面推進(jìn)約62.3m時(shí)，第一次周期來(lái)壓（老頂來(lái)壓），距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為26.3m。其中，40#～95#支架段大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他地點(diǎn)壓力值為252～300bar，40#～95#液壓支架處片幫嚴(yán)重。本次來(lái)壓45#～95#液壓支架段壓力持續(xù)近9.5m?？梢?jiàn)，工作面整體來(lái)壓明顯。

工作面推進(jìn)約86.5m時(shí)，第二次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為24.2m。其中，65#～90#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他地點(diǎn)為252～300bar，65#～75#液壓支架處煤壁片幫嚴(yán)重。本次來(lái)壓65#～75#液壓支架段壓力持續(xù)5.2m?？梢?jiàn)，工作面整體來(lái)壓不明顯。

工作面推進(jìn)至111.7m時(shí)，工作面第三次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為25.2m。其中，20#～95#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他地點(diǎn)均為252～300bar，煤壁片幫嚴(yán)重，大部分支架安全閥打開(kāi)，機(jī)尾超前架段靠近副幫側(cè)發(fā)生底鼓，底鼓高度0.3m，正幫4#超前架側(cè)片幫嚴(yán)重，片幫長(zhǎng)度10m，深度1m。本次來(lái)壓20#～90#液壓支架段壓力持續(xù)10.3m?？梢?jiàn)，工作面整體來(lái)壓強(qiáng)烈。

工作面推進(jìn)至130.7m時(shí)，工作面第四次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為19m。其中20#～95#支架段來(lái)壓，煤壁片幫嚴(yán)重，大部分支架安全閥打開(kāi)，機(jī)尾超前架段靠近副幫側(cè)發(fā)生底鼓，底鼓高度0.3m，正幫4#超前架側(cè)片幫嚴(yán)重，片幫長(zhǎng)度10m，深度1m。本次來(lái)壓20#～90#液壓支架段壓力持續(xù)10.3m。可見(jiàn)，工作面整體來(lái)壓強(qiáng)烈。

工作面推進(jìn)至150.6m時(shí)，工作面第五次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為20m。其中25#～125#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他地點(diǎn)均為252～300bar，煤壁片幫嚴(yán)重，大部分支架安全閥打開(kāi)，底鼓高度0.3m，機(jī)尾1#～4#超前架靠近副幫底鼓2次，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，1#號(hào)超前架距機(jī)尾靠近副幫頂板下沉400～500mm，機(jī)尾擋煤板距副幫安全出口為800mm，機(jī)尾驅(qū)動(dòng)電機(jī)處因幫鼓影響，安全出口較小，工作面116#～121#頂板壓力大，頂板出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象，來(lái)壓明顯?？梢?jiàn)，工作面整體來(lái)壓強(qiáng)烈。

工作面推進(jìn)至170.5m時(shí)，工作面第六次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為20m。其中，45#～110#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他地點(diǎn)均為252～300bar，煤壁片幫嚴(yán)重，大部分支架安全閥打開(kāi)，機(jī)尾通過(guò)提前頂幫補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)Φ28.6mm的錨索及掛鉛絲網(wǎng)片支護(hù)，機(jī)尾頂板未出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，但原支護(hù)錨索、錨桿、托盤蹦出較多，部分支護(hù)失效?？梢?jiàn)，工作面整體壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈。

工作面推進(jìn)至187.8m時(shí)，工作面第七次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為17.3m。其中，50#～80#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他地點(diǎn)均為252～300bar，煤壁片幫嚴(yán)重，部分支架安全閥打開(kāi)。可見(jiàn)，工作面整體壓力顯現(xiàn)不明顯。

工作面推進(jìn)至207.7m時(shí)，工作面第八次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為20m。其中，30#～50#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他壓力為300～400bar，煤壁片幫嚴(yán)重，部分支架安全閥打開(kāi)?？梢?jiàn)，工作面整體壓力顯現(xiàn)不明顯。

工作面推進(jìn)至226.7m時(shí)，工作面第九次周期來(lái)壓，距離上次工作面老頂來(lái)壓的距離為18m。其中，50#～70#支架段來(lái)壓，大部分液壓支架壓力值顯示在400bar以上，其他壓力均為300～400bar，煤壁片幫嚴(yán)重，部分支架安全閥打開(kāi)?？梢?jiàn)，工作面壓力顯現(xiàn)不明顯。

3.3 頂板移近量觀測(cè)

根據(jù)在31203工作面兩順槽作測(cè)點(diǎn)標(biāo)記，每隔5m布置一組測(cè)點(diǎn)。超前支護(hù)范圍內(nèi)，50m范圍內(nèi)布置10組測(cè)點(diǎn)（根據(jù)頂板移近量進(jìn)行分析，因50m范圍之外巷道頂板無(wú)明顯變化，不做專門的觀測(cè)分析），初采期間31203輔運(yùn)順槽頂板移近量觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

4 巷道維護(hù)技術(shù)

根據(jù)寸草塔煤礦的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及周期來(lái)壓時(shí)的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為保證該礦實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，提出以下幾點(diǎn)巷道維護(hù)措施。

第一，初采期間，工作面周期來(lái)壓時(shí)支架工作阻力明顯增大，需要在周期來(lái)壓前提前調(diào)整工作面采高，加強(qiáng)支架檢修及初撐力管理，防止周期來(lái)壓因采高過(guò)低壓死支架過(guò)損壞纜線及液管等現(xiàn)象。

第二，在31203綜采工作面推進(jìn)至100m左右時(shí)出現(xiàn)了應(yīng)力集聚，需要在巖體中進(jìn)行定向爆破，從而在巖體內(nèi)部形成大量的裂隙，形成連續(xù)松散的破碎卸壓帶，將作用于高應(yīng)力區(qū)域的支撐壓力峰值傳遞到圍巖深部，降低應(yīng)力集中的現(xiàn)象，起到緩沖墊層的作用。

第三，確定合理的巷道布置與支護(hù)技術(shù)。為了最大程度上避開(kāi)由于采掘活動(dòng)引起的應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)避免在遺留煤柱下方布置巷道，最好將巷道布置在煤層開(kāi)采后形成的應(yīng)力降低區(qū)的區(qū)域內(nèi)。支架選型時(shí)，要與地質(zhì)條件相匹配，防止突然來(lái)壓將支架壓死。

第四，工作面周期來(lái)壓時(shí)，煤壁片幫嚴(yán)重，推進(jìn)過(guò)程極易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，需要控制采煤機(jī)推進(jìn)速度與推溜長(zhǎng)度，使用伸縮頂梁及護(hù)幫板對(duì)巷道圍巖體進(jìn)行及時(shí)支護(hù)。

5 結(jié)論

①初次來(lái)壓步距的大小和礦壓顯現(xiàn)程度與工作面的支架初撐力、工作面的推進(jìn)速度有很大關(guān)系，推進(jìn)速度越慢，周期來(lái)壓步距越短。

②工作面推至機(jī)尾聯(lián)巷前后20m范圍內(nèi)時(shí)，工作面周期來(lái)壓時(shí)機(jī)尾易發(fā)生底鼓及幫鼓現(xiàn)象，需要快速推進(jìn)。同時(shí)，要加強(qiáng)機(jī)尾超前段管理，嚴(yán)格控制超前支架與端頭支架的空頂距離。

③需要加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量管理，根據(jù)周期來(lái)壓規(guī)律，合理控制采高，防止周期來(lái)壓時(shí)，支架采高過(guò)低壓壞液管及煤機(jī)無(wú)法割煤。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓福軍.回采工作面在線監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用與研究[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2017（2）：70-72.

[2]王金華.特厚煤層大采高綜放工作面成套裝備關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（9）：1-5，28.

[3]李立杰，王唯德，張雄.淺埋煤層大采高工作面礦壓規(guī)律及機(jī)理研究[J].陜西煤炭，2016（3）：25-27.

[4]王福海.工作面過(guò)空巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架適應(yīng)性分析[J].山西焦煤科技，2016（4）：46-49.

[5]高秀清.綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究[J].山西煤炭，2013（3）：45-46，74.