坪上煤業(yè)3 號(hào)煤上分層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

郜毅剛

（山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048006）

1 坪上煤業(yè)Ⅲ1301（上）工作面概況

坪上煤業(yè)Ⅲ1301（上）綜采工作面東為礦界，南為端潤公路保安煤柱，西為Ⅲ1302 工作面，北為東翼軌道巷、東膠帶運(yùn)輸巷、東一、二回風(fēng)巷四條大巷。工作面地面標(biāo)高為618.3～640.1 m，工作面標(biāo)高為288～310 m，蓋山厚度為310～360 m，平均335 m?；夭擅簩訛? 號(hào)煤層。煤層厚度平均5.3 m，煤層傾角0°～7°，平均6°。老頂為細(xì)粒砂巖，厚度3.0～9.0 m，平均厚度6.0 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖3.05～6.20 m，平均4.63 m，直接底為砂質(zhì)泥巖0.68～1.95 m，平均1.47 m，老底為細(xì)砂巖，厚度2.2～4.7 m，平均厚度3.18 m。工作面布置有四條順槽巷道，分別為Ⅲ13011 巷、Ⅲ13012 巷、Ⅲ13013 巷、Ⅲ13014 巷。四條順槽巷道平行布置，其中Ⅲ13011 巷位于工作面西側(cè)，為進(jìn)風(fēng)巷兼做皮帶運(yùn)輸巷和設(shè)備巷；Ⅲ13013 巷位于Ⅲ13011 巷西側(cè)，為工作面專用進(jìn)風(fēng)巷；Ⅲ13012 巷位于工作面東側(cè)，為回風(fēng)巷兼做軌道運(yùn)輸巷；Ⅲ13014 巷位于Ⅲ13012 巷東側(cè)，為輔助回風(fēng)巷。工作面使用的液壓支架為ZPZ4400/17/35 型鋪網(wǎng)型液壓支架，端頭支架為ZZT9600/17/35 中置式端頭液壓支架，ZPZ4400/17/35 型鋪網(wǎng)型液壓支架主要技術(shù)特征如表1 所示[1]。

2 礦壓觀測儀器布置方法

2.1 綜采工作面觀測儀器布置方法

在工作面上部、中部、下部，均勻布置10 個(gè)測站，每個(gè)測站安裝KJ533 頂板監(jiān)測系統(tǒng)壓力分機(jī)1臺(tái)，共10 臺(tái)，分別布置在2 號(hào)、16 號(hào)、30 號(hào)、44 號(hào)、58 號(hào)、72 號(hào)、87 號(hào)、97 號(hào)、107 號(hào)、115 號(hào)支架上，同時(shí)每個(gè)測站布置一臺(tái)本安型數(shù)字壓力計(jì)，共安裝10臺(tái)，分別布置在3 號(hào)、17 號(hào)、31 號(hào)、45 號(hào)、59 號(hào)、73號(hào)、88 號(hào)、98 號(hào)、108 號(hào)、116 號(hào)支架上。頂?shù)装逡平坑^測在工作面布置三個(gè)測點(diǎn)，分別設(shè)在15 號(hào)—16號(hào)號(hào)架間、64 號(hào)—65 號(hào)號(hào)架間、115 號(hào)—116 號(hào)號(hào)架間等定工序量測[2-3]。

表1 ZPZ4400/17/35 型鋪網(wǎng)型液壓支架主要技術(shù)特征表

2.2 軌道巷觀測儀器布置方法

本巷道布置二個(gè)綜合測站，第一、二測站分別布置YHY60（C）礦用本安型壓力檢測儀和KBU101-200A 頂板動(dòng)態(tài)報(bào)警記錄儀。

3 觀測數(shù)據(jù)分析

3.1 工作面“三量”分析

3.1.1 支架初撐力

支架初撐發(fā)揮的好壞，對(duì)控制頂板下沉有著較為重要的意義。根據(jù)對(duì)工作面支架初撐力統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，本工作面支架的初撐力最小值為2 000 kN/架，占額定初撐力使用率50.5%，初撐力小于3 000 kN/架，占額定初撐力使用率75.8%，其中小于1 000 kN/架的頻率占8.9%；小于2 000 kN/架的頻率占26.3%；小于3 000 kN/ 架的頻率占55.2%；大于3 001～3 960 kN/架的頻率占9.6%，詳見下頁表2。

表2 1301（上）工作面（整面）支架初撐力頻率分布統(tǒng)計(jì)表

從上表可以看出，本工作面有90.4%液壓支架額定初撐力小于3 000 kN，說明極大部分支架沒有達(dá)到額定的設(shè)計(jì)要求。

3.1.2 工作最大末阻力

進(jìn)一步對(duì)支架最大工作阻力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)還可說明這點(diǎn)，因?yàn)橹Ъ茏畲蠊ぷ髯枇κ且粋€(gè)循環(huán)中的最大值，分析它對(duì)判斷支架工作阻力利用率及支架阻力的適應(yīng)性大小有著重要意義。觀測表明：整個(gè)觀測時(shí)期內(nèi)支架最大工作阻力頻率分布區(qū)間小于1 000 kN/架的為零，頻率分布區(qū)間小于2 000 kN/架的占2.2%，頻率分布區(qū)間小于3 000 kN/架的占15.4%，頻率分布區(qū)間小于4 000 kN/架的占24.7%，頻率分布區(qū)間大于4 001 kN 架的占57.7%，具體見表3。

表3 1301（上）工作面（整面）支架最大工作末阻力頻率分布統(tǒng)計(jì)表

從上表可以看出，在初采觀測時(shí)期內(nèi)工作面液壓支架最大工作阻力小于3 000 kN 的，頻率為17.6%。大于4001 kN/架的頻率占57.7%，占額定比重的一半以上。從宏觀觀測分析，工作面液壓支架在使用過程中，沒有發(fā)現(xiàn)立柱爆缸和損壞其他部件現(xiàn)象，說明該支架在本工作面應(yīng)用是完全可以支撐頂板的。

3.1.3 頂?shù)装逡平拷y(tǒng)計(jì)

現(xiàn)場觀測表明，工作面沒有出現(xiàn)底臌現(xiàn)象，因此可把頂?shù)装逡平勘硎緸轫敯逑鲁亮俊９ぷ髅嫜h(huán)頂板下沉量統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：15—16 號(hào)架間測點(diǎn)距煤壁距離3.1 m 時(shí)頂板下沉量為20 mm；距煤壁距離3.7 m時(shí)頂板下沉量為55 mm；距煤壁距離4.3 m 時(shí)頂板下沉量為105 mm。64—65 號(hào)架間測點(diǎn)距煤壁距離3.1 m時(shí)頂板下沉量為50 mm；距煤壁距離3.7 m 時(shí)頂板下沉量為150 mm；距煤壁距離4.3 m 時(shí)頂板下沉量為195 mm。115—116 號(hào)架間測點(diǎn)距煤壁距離3.1 m 時(shí)頂板下沉量為65 mm；距煤壁距離3.7 m 時(shí)頂板下沉量為93 mm；距煤壁距離4.3 m 時(shí)頂板下沉量為165 mm。從圖1 可以看出，工作面15—16 號(hào)架間、115—116 號(hào)架間頂?shù)装逡平恳∮诠ぷ髅嬷胁康捻數(shù)装逡平?，其主要原因是：由于工作面機(jī)頭、機(jī)尾老塘采空區(qū)受兩巷錨桿（索）支護(hù)影響，老頂巖梁的折斷時(shí)間相對(duì)比工作面中部在時(shí)間上要長一些，因此，機(jī)頭、機(jī)尾頂?shù)装逑鄬?duì)移近量要比工作面中部小，但從總體分析整個(gè)工作面頂?shù)装逡平吭诳煽胤秶?，說明支架起到了有效的支撐作用。

圖1 工作面頂?shù)装逡平?/p>

3.2 工作面頂板來壓特征分析

3.2.1 老頂初次來壓特征

根據(jù)工作面支架工作阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，工作面老頂初次來壓步距為18.05 m，影響時(shí)間29 h，影響范圍2.25 m，來壓期間支架最大工作阻力為4 230 kN，非來壓期間支架工作阻力3 202 kN，動(dòng)載系數(shù)1.32。

3.2.2 老頂周期來壓特征

根據(jù)工作面支架工作阻力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，工作面周期來壓最小步距為8.2 m，影響時(shí)間26 h，影響范圍2.75 m，來壓期間支架最大工作阻力為4 278 kN，非來壓期間支架工作阻力3 995kN，動(dòng)載系數(shù)1.07；周期來壓最大步距為12.3 m，影響時(shí)間24 h，影響范圍2.1 m，來壓期間支架最大工作阻力為4 347 kN，非來壓期間支架工作阻力4 040 kN，動(dòng)載系數(shù)1.07；工作面平均來壓步距10.3 m，平均影響時(shí)間24.6 h，平均影響范圍2.4 m，來壓期間支架最大平均工作阻力為4 223 kN，非來壓期間支架平均工作阻力3 948 kN，支架平均動(dòng)載系數(shù)1.07，頂板來壓步距及來壓強(qiáng)度整理見表4。

3.2.3 軌道巷觀測數(shù)據(jù)分析

軌道巷第一測站在工作面推進(jìn)40.3 m 時(shí)，頂板下沉量變化微弱為1 mm，工作面推進(jìn)40.3 m 時(shí)底板底鼓量為9 mm，從40.3 m 以后巷道頂板下沉量無變化，巷道頂板壓力趨于穩(wěn)定。工作面推進(jìn)12.5 m 時(shí)煤柱幫變形量為5 mm、工作面推進(jìn)23.9 m 時(shí)工作面幫變形量為2 mm，從觀測結(jié)果表明，兩幫變形基本穩(wěn)定，見圖2。

表4 頂板來壓步距及來壓強(qiáng)度整理表

4 結(jié)論

1）1301（上）工作面老頂初次來壓步距18.05 m，影響時(shí)間29 h，影響范圍2.25 m，來壓期間支架最大工作阻力4 230 kN，動(dòng)載系數(shù)1.32。老頂周期性來壓步距平均為10.3 m。來壓時(shí)工作面支架最小工作阻力為4 045 kN，最大工作阻力為4 347 kN，平均為4 223 kN，液壓支架額定工作阻力最高利用率平均為95.98%，平均動(dòng)載系數(shù)為1.07，平均影響時(shí)間為24.6 h，平均影響范圍為2.4 m。

圖2 Ⅲ1301（上）軌道巷距工作面50 m 處巷道表面位移測站

2）在初采期間工作面液壓支架最小工作阻力小于4 000 kN 的占工作面支架總數(shù)的42.3%，最大工作阻力大于4 001 kN 的占工作面支架總數(shù)的57.7%，約占半數(shù)以上，因此該支架額定工作阻力還有一定的富余量。

3）根據(jù)巷道變形量觀測情況，巷道頂?shù)装寮皟蓭妥冃瘟坎淮?，巷道圍巖控制效果較好，