厚泥巖頂板沿空工作面來壓步距分析

張文龍

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）平定裕泰煤業(yè)有限公司，山西 陽泉 045000）

1 工作面概況

1.1 工作面位置及采礦地質(zhì)情況

陽煤集團(tuán)平定裕泰煤業(yè)有限公司15103綜采工作面為裕泰公司第3個回采工作面，布置在一采區(qū)15號煤層的西翼，可采區(qū)域長639m，寬205m。工作面北側(cè)為平行布設(shè)的15101工作面，東側(cè)為備用銜接的15104工作面，護(hù)巷煤柱寬度50m，屬于典型煤柱沿空工作面；南側(cè)臨井田邊界，距保護(hù)煤柱寬135m；北側(cè)為膠帶大巷、軌道大巷以及集中回風(fēng)巷，與停采線距離157.7m。工作面平面位置如圖1所示。

圖1 15103工作面平面位置示意圖

15103工作面所采煤層為二疊系中太原組15號煤層，位于太原組底部，煤層厚2.97～6.36m，平均5.5m，煤層可采性指數(shù)Km=1，為全井田穩(wěn)定可采，含0-4層泥巖及炭質(zhì)泥巖夾矸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？傮w為一較寬緩的褶曲構(gòu)造，向、背斜相間排列，。煤層傾角2°～9°，平均6°，起伏較小，為近水平煤層。

15103煤層煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖,局部為泥巖厚度平均為12.7m左右、局部為粗砂巖；底板多為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖，局部為泥巖、中砂巖，平均厚度為7.29m。煤層頂?shù)装鍘r性特征見表1。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征表

15103工作面經(jīng)坑透分析，工作面內(nèi)存在1個預(yù)測陷落柱X4和斷層F1。預(yù)測揭露斷層F1斷距小于1/2煤厚，周圍瓦斯含量可能高，對回采影響不大。工作面內(nèi)不排除其它小型地質(zhì)構(gòu)造存在。根據(jù)實(shí)際掘進(jìn)資料顯示，工作面進(jìn)、回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中各揭露1個陷落柱：X6、X5。其中預(yù)測X6（50m×7m）距切巷約 94～100m；預(yù)測 X5（80m×60m）距切巷約220～238米。根據(jù)坑透資料顯示，工作面內(nèi)還存在1個陷落柱X4，其中預(yù)測X4（52m×32m）距切巷約280m左右。其中X4、X5陷落柱對回采有一定影響。工作面內(nèi)不排除有隱伏小型陷落柱存在。

1.2 工作面巷道布置及回采工藝

15103工作面沿15號煤層頂板布置兩條相互平行的進(jìn)風(fēng)順槽及回風(fēng)順槽和一條切巷。工作面巷道名稱：15101進(jìn)風(fēng)巷、15103回風(fēng)巷、15103切巷、15103高抽巷、15103低抽巷，其中進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽直接與切巷垂直相連接。15103進(jìn)風(fēng)順槽為工作面進(jìn)風(fēng)巷，巷道中安裝一部皮帶運(yùn)輸機(jī)直接與二水平皮帶大巷相聯(lián)，構(gòu)成工作面運(yùn)煤的主運(yùn)輸系統(tǒng)；15103回風(fēng)順槽通過回風(fēng)系統(tǒng)巷與集中回風(fēng)大巷聯(lián)通、巷道內(nèi)鋪設(shè)軌道為主要以用料為主的輔助運(yùn)輸巷道。15103高抽巷布置在距15號煤層頂板45m左右，主要用來解決工作面的采空區(qū)的瓦斯治理工作，15103底抽巷布置在距15號煤層頂板8m左右，主要用來解決采煤工作面上隅角的瓦斯，巷道支護(hù)形式及規(guī)格見表3。

表1 15103工作面巷道支護(hù)形式及規(guī)格

15103工作面采用長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤法，全部垮落法管理工作面頂板。工作面液壓支架選用ZF5000-17/28型四柱掩護(hù)式液壓支架支護(hù)，工作面共布置132臺，機(jī)頭、機(jī)尾布置ZFG6500-18/30H端頭支架共6臺，工作面布置支架總數(shù)為138臺。

2 工作面初次來壓分析

2.1 礦壓觀測方法及設(shè)備

15103工作面礦壓數(shù)據(jù)分析采用采集式礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，工作面設(shè)置28組測點(diǎn)，即在3#、8#、13#、18#、23#、28#、33#、38#、43#、48#、53#、58#、63#、68#、73#、78#、83#、88#、93#、98#、103#、108#、113#、118#、123#、128#、133#、136# 架各設(shè)一組測站，依次編號為1#、2#……27#，每組測站安設(shè)一組YHY-60型液壓支架測力儀，通道分別對應(yīng)接支架前立柱、后立柱、尾梁千斤。其它支架均安設(shè)普通壓力表，并配置FCH8/1.5型礦用手持采集器1個，壓力計(jì)可以顯示液壓支架立柱的受力狀態(tài)，每天安排專人對工作面的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)傳遞至地面分析平臺，能夠?qū)σ簤褐Ъ艿墓ぷ鳡顟B(tài)數(shù)據(jù)保存，可為分析工作面的初次來壓和周期來壓規(guī)律提供可靠的參數(shù)。

2.2 初次來壓分析

15103工作面推進(jìn)距離9m時，13-65#架間直接頂開始冒落；推進(jìn)距離11m時4-92#架間直接頂冒落充分，93#架-機(jī)尾直接頂局部冒落且冒落不充分；直到推進(jìn)距離達(dá)到19m時直接頂全部冒落充分。

15103工作面回采至24m時開始初次來壓，回采至30.5m時初次來壓結(jié)束，初次來壓步距為24m。工作面初次來壓持續(xù)時間約34小時，影響距離約6.5m。首先在58-75架區(qū)間內(nèi)觀測到初次來壓現(xiàn)象，隨著推采壓力以65架為中心向工作面兩端傳遞。

來壓顯現(xiàn)主要集中在中部21-115架（138m），來壓期間機(jī)頭1-20架（30m）支架來壓現(xiàn)象不明顯，機(jī)尾115-138架（34.5m）支架來壓現(xiàn)象不明顯。

初次來壓期間，15103工作面煤幫出現(xiàn)少量片幫，頂板、支架有響聲，之后煤壁片幫嚴(yán)重，壓力表顯示值上升變化較大，來壓前支架平均工作壓力約為26MPa，來壓后58-75支架間壓力迅速上升到35MPa以上。至初次來壓結(jié)束，43-96#架間所有支架立柱安全閥均出現(xiàn)開啟現(xiàn)象，既表現(xiàn)壓力達(dá)到最大值40MPa。

3 工作面周期來壓分析

3.1 周期來壓計(jì)算方案

為了更準(zhǔn)確的反映15103工作面頂板周期來壓步距，將工作面支架按編號分為10個測區(qū)，1#測區(qū)：3#、8# 支架；2# 測區(qū)：15#、18#、23# 支架；3# 測區(qū)：33#支架、35#支架、38#支架；4#測區(qū)：43#支架、45#支架、48#支架；5#測區(qū)：63#支架、65#支架、68#支架；6#測區(qū)：73#支架、75#支架、78#支架；7#測區(qū)：93#支架、95#支架、98#支架；8#測區(qū)：103#支架、105#支架、108#支架；9#測區(qū)：123#支架、125#支架、128#支架；10#測區(qū)：130#支架、133#支架、136#支架。選取45天左右的數(shù)據(jù)，以每天24h中大于10MPa的數(shù)據(jù)取平均作為該支架當(dāng)天的平均值，并以所有時間段內(nèi)的平均值作為該支架整體的平均值。

3.2 周期來壓計(jì)算結(jié)果

圖2 1#測站支架日平均工作阻力曲線

圖3 5#測站支架日平均工作阻力曲線

15103工作面典型測站周期來壓步距分析如圖2-圖5所示。來壓，回采至30.5m時初次來壓結(jié)束，初次來壓步距為24m，初次來壓影響距離約6.5m，且伴有片幫、掉渣等現(xiàn)象。

3）依據(jù)15103工作面支架在線監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將工作面支架劃分為10個測區(qū)，計(jì)算得到周期來壓步距平均值約為13.73m，因此判斷工作面周期來壓步距約為15.13m。

表4 15103工作面周期來壓步距判別

圖4 7#測站支架日平均工作阻力曲線

圖5 10#測站支架日平均工作阻力曲線

15103工作面周期來壓步距統(tǒng)計(jì)見表4所。

根據(jù)各測站判別工作面周期來壓步距的平均值可以得出，所有測站判別出的周期來壓步距取平均值約為15.13m，因此可以得出15103工作面目前的周期來壓步距約為15.13m。

4 結(jié) 論

1）15103綜采工作面厚泥巖頂板條件的工作面巷道護(hù)巷煤柱寬度選擇為20m，屬于典型煤柱沿空工作面，其應(yīng)力環(huán)境具有較為明顯的強(qiáng)靜載效應(yīng)。

2）15103工作面回采至24m時工作面開始初次