淺析大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

張衛(wèi)強(qiáng)

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司 , 山西 壽陽(yáng) 045400)

1 工程概況

目標(biāo)礦井位于山西省，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為180萬(wàn)t，主采的9203工作面屬于典型的大采高綜采工作面，工作面長(zhǎng)度為350 m，傾角平均為4°，煤層平均厚度為7.5 m，采高7 m，頂板的管理方式為自然垮落法。工作面頂?shù)装宓南嚓P(guān)情況如圖1所示。

圖1 9203工作面頂?shù)装寤厩闆r

2 礦山壓力觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 觀測(cè)工具

礦山壓力測(cè)定主要通過(guò)在9203工作面現(xiàn)階段使用的液壓支架上安裝壓力傳感器實(shí)現(xiàn)，壓力傳感器安裝完畢后，通過(guò)專用網(wǎng)線將測(cè)量數(shù)值傳送至中央控制中心，此時(shí)所顯示的數(shù)值即為液壓支架初撐力[2]。當(dāng)目標(biāo)工作面完成一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)后，后續(xù)操作過(guò)程中得到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)液壓支架最大工作阻力值。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

由于9203工作面為主采工作面，應(yīng)當(dāng)在開采初期確定其頂板初次來(lái)壓以及周期來(lái)壓數(shù)值，從而確保工作人員能夠充分掌握巷道頂?shù)装宓牡V壓顯現(xiàn)特征，進(jìn)而為后續(xù)礦壓防治工作的開展提供指導(dǎo)。

在9203主采工作面內(nèi)共布置3條礦山壓力監(jiān)測(cè)線路，分別位于目標(biāo)工作面的上部、中部及下部，壓力傳感器均勻布置。其中，上部的監(jiān)測(cè)線路中分別在20、21及22號(hào)的大采高綜采液壓支架上安裝壓力傳感器。中部的測(cè)點(diǎn)分別布置于49、50及51號(hào)液壓支架上。下部的測(cè)點(diǎn)分別布置于112、113及114號(hào)液壓支架上以監(jiān)測(cè)礦山壓力變化情況。與此同時(shí)，為更加高效且準(zhǔn)確地觀測(cè)目標(biāo)工作面上覆巖層的初次來(lái)壓及周期來(lái)壓情況，需要進(jìn)一步明確監(jiān)測(cè)周期。結(jié)合目標(biāo)礦井前期礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，距離工作面端部約為10 m范圍的礦山壓力變化情況應(yīng)當(dāng)每天監(jiān)測(cè)1次；當(dāng)工作面推進(jìn)至10 m以外時(shí)，由于頂板逐漸暴露，對(duì)應(yīng)的上覆巖層將會(huì)出現(xiàn)一定程度的初次來(lái)壓，因此，這一開采時(shí)間范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加。隨著工作面的不斷推進(jìn)，工作面上覆巖層將會(huì)出現(xiàn)不同程度的周期來(lái)壓與初次來(lái)壓，而這一時(shí)間范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻率一般應(yīng)當(dāng)每半小時(shí)1次，同時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)至本次來(lái)壓結(jié)束、下次來(lái)壓之前，整個(gè)階段的礦山壓力連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)當(dāng)不少于兩天[3]。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 上覆巖層初次來(lái)壓規(guī)律分析

通過(guò)對(duì)目標(biāo)礦井9203主采工作面布置的3條監(jiān)測(cè)線獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明：當(dāng)目標(biāo)工作面推進(jìn)至距離端頭30 m距離時(shí)，監(jiān)測(cè)線路中監(jiān)測(cè)到的工作阻力大于30 MPa的液壓支架數(shù)量隨著推進(jìn)距離的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。當(dāng)工作面推進(jìn)至距離端頭37 m位置處時(shí)，可以明顯聽到上覆巖層發(fā)出輕微斷裂聲，此時(shí)對(duì)應(yīng)支架監(jiān)測(cè)的工作阻力值大于30 MPa的支架數(shù)量可達(dá)35臺(tái)。通過(guò)與目標(biāo)礦井之前的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可知，這一推進(jìn)點(diǎn)處的壓力變化情況最為顯著，此時(shí)對(duì)應(yīng)的上覆巖層壓力也呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，表明目標(biāo)工作面上覆巖層基本頂出現(xiàn)了一定程度的斷裂，此時(shí)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)工作面初次來(lái)壓相關(guān)現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)目標(biāo)工作面開切眼寬度為8 m時(shí)，對(duì)應(yīng)9203主采工作面上覆巖層的初次來(lái)壓步距值可以達(dá)到37 m。在工作面的持續(xù)推進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)推進(jìn)距離達(dá)到50 m時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域范圍內(nèi)工作阻力值小于30 MPa的液壓支架數(shù)量明顯減少，最終工作阻力穩(wěn)定的液壓支架數(shù)量基本維持在10臺(tái)左右。由此可知，當(dāng)工作面推進(jìn)至50 m的目標(biāo)區(qū)域范圍時(shí)，初次來(lái)壓基本結(jié)束。結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果，9203主采工作面初次來(lái)壓的持續(xù)時(shí)間基本上可達(dá)18 h。通過(guò)對(duì)目標(biāo)工作面范圍內(nèi)的液壓支架阻力變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，隨著工作面的不斷推進(jìn)，支架工作阻力小于30 MPa的液壓支架數(shù)量隨著推進(jìn)距離明顯增加，大于30 MPa工作阻力的液壓支架數(shù)量明顯減少，二者取平均值可以初步計(jì)算得到目標(biāo)工作面上覆巖層初次來(lái)壓步距為40 m。

3.2 上覆巖層周期來(lái)壓規(guī)律分析

工作面上覆巖層初次來(lái)壓結(jié)束后，對(duì)于位于工作面上部、中部及下部的礦山壓力觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)及分析。通過(guò)對(duì)連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)的4次周期來(lái)壓情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，液壓支架的阻力值表現(xiàn)出不同程度的變化， 安裝了壓力傳感器的9臺(tái)液壓支架的壓力值變化相對(duì)較為顯著，基本能夠反映目標(biāo)工作面的礦山壓力變化規(guī)律。對(duì)9臺(tái)液壓支架工作阻力變化值分別取平均值，其對(duì)應(yīng)的來(lái)壓步距值如圖2所示。

圖2 各液壓支架對(duì)應(yīng)平均來(lái)壓步距

由圖2可知，9203工作面上覆巖層的周期來(lái)壓具的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 3條監(jiān)測(cè)線路的周期來(lái)壓步距監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，位于中部監(jiān)測(cè)線路的周期來(lái)壓步距值相對(duì)較高，整體分布較均勻且整體變化穩(wěn)定，基本維持在24 m左右。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋蟛筛呔C采工作面巷道中部周期來(lái)壓主要受其開采過(guò)程中前方支承壓力的影響，不會(huì)受周邊圍巖穩(wěn)定性的影響。因此，巷道中部的周期來(lái)壓變化較為穩(wěn)定，同時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)值相對(duì)較高。

2) 位于工作面上部、下部的兩條監(jiān)測(cè)線的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，上述兩個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的工作面上覆巖層的周期來(lái)壓步距值均小于中部監(jiān)測(cè)到的周期來(lái)壓步距值。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)?，位于巷道頂部以及底部的綜采工作面常位于與軌道巷及運(yùn)輸巷交接的位置，這一范圍接近安全出口且受到前方支承壓力影響較弱[4]。同時(shí)，工作面頂端以及底部的周期來(lái)壓變化相對(duì)較小。由圖2中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，第二次周期來(lái)壓時(shí)的工作面上部測(cè)量以及下步測(cè)量得到的周期來(lái)壓步距值分別為14.26 m和8.69 m，而中部監(jiān)測(cè)到的周期來(lái)壓步距值可達(dá)25 m。

3) 通過(guò)對(duì)圖2中顯示的4次來(lái)壓過(guò)程中的周期來(lái)壓步距變化規(guī)律進(jìn)行分析可知，目標(biāo)工作面上覆巖層的周期來(lái)壓步距值為25 m。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)山西某煤礦9203大采高綜采工作面進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)分析可知，目標(biāo)工作面所處區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，9203大采高綜采工作面上覆巖層的初次來(lái)壓步距值為40 m，對(duì)應(yīng)的周期來(lái)壓步距值為25 m。其次，在進(jìn)行周期來(lái)壓步距的計(jì)算過(guò)程中，由于位于巷道頂部和底部的區(qū)域經(jīng)常與運(yùn)輸巷相連接，因此很容易導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)所監(jiān)測(cè)到的周期來(lái)壓步距值均小于中部監(jiān)測(cè)到的步距值。