綜采工作面初采期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

張?zhí)忑?/p>

（霍州煤電億隆煤業(yè)綜采隊(duì)，山西 霍州 031400）

本文以霍州煤電集團(tuán)億隆煤礦1-101綜采工作面為研究對(duì)象，研究綜采工作面初采期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并根據(jù)礦壓顯現(xiàn)特征提出針對(duì)性的控制建議，為保證綜采工作面的正常開(kāi)采、回采巷道合理支護(hù)、有效控制礦壓提供一定的指導(dǎo)。

1 工程概況

億隆煤礦隸屬于霍州煤電集團(tuán)，1-101回采工作面地表相對(duì)位于東梁村以東。地表為黃土丘陵和溝壑，黃土層厚度118～136m，基巖厚度為170～210m。地表形態(tài)屬中高山地形，工作面地面標(biāo)高+600～ +640m，工作面標(biāo)高+200～ +275m，開(kāi)采深度平均400m。開(kāi)采1號(hào)煤層平均厚度1.68m，煤層平均傾角為8°，具體工作面頂?shù)装迩闆r如表1所示。1-101工作面西側(cè)為1-103回采工作面的采空區(qū)，東側(cè)為實(shí)體煤，南側(cè)為萬(wàn)安斷層保安煤柱及采區(qū)邊界，北側(cè)為采區(qū)皮帶下山巷與回風(fēng)下山巷保安煤柱。圖1為采面平面圖。

圖1 1-101工作面平面位置圖

表1 頂?shù)装鍘r性

2 礦壓觀測(cè)

（1）支架安全閥開(kāi)啟情況

ZY4400-10/23型雙掩護(hù)式液壓支架，為了對(duì)回采工作面初采期間頂板來(lái)壓情況進(jìn)行充分認(rèn)識(shí)，2018年7月至10月，對(duì)支架壓力及安全閥開(kāi)啟情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 工作面支架安全閥開(kāi)啟情況

（2）液壓支架支撐力及工作阻力情況分析

在1-101回采工作面液壓支架上布設(shè)9組礦壓觀測(cè)站，對(duì)液壓支架的工作阻力、支架的初撐力分布情況進(jìn)行分析。在液壓支架的端頭處、15#、30#、45#……105#、120#支架上分別布置測(cè)站，編號(hào)依次為1、2……9。觀測(cè)到的液壓支架支撐力及工作阻力變化情況，具體如圖2、圖3所示。

圖2 工作面液壓支架初撐力變化情況

從圖2中可以看出，測(cè)得的工作面液壓支架初撐力主要在6～24MPa之間，占比約為86%，初撐力的整體分布呈現(xiàn)出壓正態(tài)的狀態(tài)，支架初撐力16～18MPa范圍內(nèi)頻率最高，達(dá)到了22%。液壓支架的額定初撐力為20MPa，小于額定初撐力的支架占比達(dá)到了65%，有約25%的支架初撐力不足額定初撐力的50%，表明液壓支架升架的時(shí)間不足，當(dāng)液壓支架出現(xiàn)漏液時(shí)沒(méi)得及時(shí)補(bǔ)充。

從圖3可以看出，工作面液壓支架工作阻力的分布狀態(tài)規(guī)律呈現(xiàn)出雙正態(tài)疊加特征，工作阻力分布頻率的第一個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的分布頻率是25.2%，液壓支架對(duì)應(yīng)的工作阻力26MPa，達(dá)到液壓支架額定工作阻力的80%，說(shuō)明支架可以滿足工作面正常開(kāi)采期間頂板支護(hù)的目的。當(dāng)工作面初次來(lái)壓時(shí)，液壓支架的工作阻力最大值31MPa，占到額定工作阻力的95%，液壓支架還有部分余量。

圖3 工作面液壓支架工作阻力變化情況

（3）回采引起來(lái)壓步距分析

圖4 支架工作阻力隨工作面推進(jìn)變化情況

10月16日21：00，工作面20#～110#支架后采空區(qū)直接頂垮落，厚度3m左右；10月17日15：00，工作面除機(jī)頭處4架、機(jī)尾處5架未落，其他位置采空區(qū)直接頂全部垮落、填實(shí)。10月20日16：00，工作面下隅角全部垮落，上隅角有2m×5m未垮落。此時(shí)，回采工作面推進(jìn)17.1m。

在10月21日到10月23日0點(diǎn)班，工作面出現(xiàn)老頂來(lái)壓現(xiàn)象，工作面40#～80#支架顯示支架工作阻力升高，據(jù)此，可初步判斷后部采空區(qū)老頂初次垮落；10月23日0點(diǎn)班開(kāi)始整體顯示支架工作阻力升高，據(jù)此，可初步判斷前部采空區(qū)老頂初次垮落。在隨后觀察的幾天里，工作面未出現(xiàn)明顯來(lái)壓顯現(xiàn)。

選取有代表性的液壓支架工作阻力測(cè)量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析工作阻力隨回采工作推進(jìn)變化情況，具體如圖4所示。從圖中可以清晰地看出，當(dāng)回采工作面推進(jìn)10m時(shí)，工作面支架的工作阻力開(kāi)始不斷地增加，工作面推進(jìn)至18m左右時(shí)，工作面液壓支架的工作阻力達(dá)到最大值，說(shuō)明回采工作面老頂初次斷裂來(lái)壓。當(dāng)工作面推進(jìn)至26m左右時(shí)，液壓支架的工作阻力增大，說(shuō)明回采工作面頂板出現(xiàn)斷裂，工作面周期來(lái)壓；當(dāng)工作面推進(jìn)至39m左右時(shí)，液壓支架的工作阻力又明顯增加，因此，可以段定工作面的周期來(lái)壓步距在13m左右。

（4）超前支撐壓力分析

在工作面回采巷道內(nèi)安裝應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測(cè)分析超前支撐壓力變化分布情況，統(tǒng)計(jì)分析出的工作面超前支撐壓力分布如圖5所示。從圖中可以看出，隨著1-101回采工作面的推進(jìn)，工作面超前支撐壓力的影響范圍可以達(dá)到50m，1-101工作面前方15m是超前支撐壓力的峰值位置，最大壓力達(dá)32MPa，工作面前方10～25m范圍受回采工作面采動(dòng)影響明顯，因此在這個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，防止由于采動(dòng)的影響造成巷道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，給工作面的正常生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。

圖5 工作面前方超前支承壓力分布示意圖

3 礦壓顯現(xiàn)特征分析

（1）1-101綜采工作面初采期間工作面的來(lái)壓強(qiáng)度不大，未出現(xiàn)沖擊載荷，工作面初次來(lái)壓時(shí)的動(dòng)載系數(shù)在1.23、周期來(lái)壓時(shí)的動(dòng)載系數(shù)在1.3。主要是由于開(kāi)采的1號(hào)煤層厚度為1.68m，頂板不屬于堅(jiān)硬頂板，煤隨著回采工作面的推進(jìn)，頂板能及時(shí)的跨落，并且由于1-101回采工作面初采期間推進(jìn)速度較慢，造成直接頂分段垮落，故初次來(lái)壓時(shí)的動(dòng)載荷系數(shù)小于周期來(lái)壓時(shí)的動(dòng)載系數(shù)。

（2）隨著工作面向前推進(jìn)，基本頂開(kāi)始垮落，工作面支架的工作阻力增加，但是表現(xiàn)不明顯。根據(jù)工作面液壓支架工作阻力直方圖及支架阻力隨回采工作面推進(jìn)的變化情況可以看出，回采工作面的初次來(lái)壓步距在18m左右，周期來(lái)壓步距在13m左右。

（3）工作面前方15 m左右為支承壓力峰值位置，工作面前方10～25m范圍受回采工作面采動(dòng)影響明顯，此處應(yīng)加強(qiáng)此段巷道支護(hù)及頂?shù)装咫x層觀測(cè)，防止由于巷道圍巖變形影響工作面的正?；夭?。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)億隆煤礦1-101綜采工作面初采期間的礦壓數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)，掌握了初采期間工作面支架的工作阻力、初撐力的分布情況，確定了回采工作面初次來(lái)壓步距、周期來(lái)壓步距及超前影響范圍，為類(lèi)似地質(zhì)條件下綜采工作面的礦壓控制提供了一定的借鑒。