兩煤層工作面上下重疊布置礦山壓力顯現(xiàn)及控制

邢 俊

（沈陽煤業(yè)集團山西晉遼礦業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

錦富煤業(yè)有限公司，井田面積19.476 5 km2，礦井地質(zhì)儲量3.18 億t，開采03、2、5 號煤層，開拓方式為斜井開拓。一采區(qū)東翼的03 和2 號煤層各布置一個綜采工作面，分別為03101 和2101 工作面，層間距平均6.67 m。兩工作面使用外錯重疊布置工作面的方式，布置外錯水平距離6 m。兩層煤同步開采，工作面頂板控制難度大，順槽壓力明顯，超前支護段片幫、底鼓、位移量較大。煤礦地質(zhì)構(gòu)造復雜，回采中工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造或破碎帶時頂板壓力大，采煤工作面片幫、漏頂嚴重制約生產(chǎn)。因此在日常采煤工作中嚴格觀測礦山壓力顯現(xiàn)情況，實踐得知頂板管控的根源就是控制開采錯距，經(jīng)過分析得出將2101 工作面布置在03101 工作面周期來壓范圍內(nèi)是控制頂板的最佳方式，能夠保證煤礦安全生產(chǎn)[1]。

1 工作面概況

03101 工作面運輸順槽和03#軌道大巷相通，回風順槽和03#回風大巷相通，運輸順槽、回風順槽、開切眼均沿煤層底板破頂板掘進布置。運輸順槽及回風順槽采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護，矩形巷道，凈寬4.4 m，凈高2.4 m，可采走向長度1110 m，傾向長度189 m，煤密度1.45 t/m3，可采儲量60.8萬t。

2101 工作面運輸順槽與2#軌道大巷相通，回風順槽與2#回風大巷相通，運輸順槽、回風順槽、開切眼均沿煤層底板破頂板布置。兩順槽采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護，矩形巷道，凈寬4.4 m，凈高2.8 m，可采走向長度1170 m，傾向長度201 m，煤密度1.45 t/m3，可采儲量95.4 萬t，如圖1。

2 03101 和2101 工作面上下重疊布置情況

按照山西美錦集團錦富煤業(yè)有限公司礦井設(shè)計，一采區(qū)東翼的03 和2 號煤層各布置一個綜采工作面，分別為03101 和2101 工作面，層間距平均6.67 m。2 號煤層上距03 號煤層4.85～10.37 m，平均6.67 m，03 號煤層位上距K3 為9.20～15.60 m，平均14.00 m，03 和2 號煤層都是最穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。03101 和2101 工作面使用外錯重疊布置工作面的方式，布置外錯水平距離6 m，采煤工藝使用綜合機械化的采煤方法，使用全部垮落法進行頂板管理，03101 和2101 工作面同時施工，同步開采。

03101 和2101 工作面煤層頂?shù)装逄卣骱途唧w情況見表1、表2。

圖1 首采工作面平面布置

表1 03101 工作面煤層頂?shù)装逄卣?/p>

表2 2101 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

3 首采工作面礦壓儀器的布置

3.1 礦壓觀測目的

在兩個首采工作面重疊開采工藝下，掌握兩個工作面頂板冒落影響范圍及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，對兩個工作面及兩順的影響程度，為重疊開采工作面頂板及兩順頂板管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。

分析頂板來壓特征，根據(jù)來壓數(shù)據(jù)，取得直接頂初次垮落的步距、初次來壓步距等數(shù)據(jù)，控制開采錯距，保證煤礦的全面安全生產(chǎn)。

3.2 礦壓觀測方法

（1）觀測液壓支架初撐力和工作阻力，每天對工作面兩順頂、底板移近量、兩幫收斂量進行觀測，掌握工作面兩順超前支護范圍內(nèi)每5 m 布置的1 個觀測點，對觀測情況進行記錄[3-6]。

（2）工作面超前支護范圍內(nèi)每天對單體液壓支柱壓力進行抽檢，每條順槽抽檢單體液壓支柱8根，并記錄分析周期來壓規(guī)律、周期來壓步距以及周期來壓期間工作面之間的互相影響程度，對工作面兩順單體液壓支柱壓力進行檢測。

3.3 礦壓觀測數(shù)據(jù)分析

3.3.1 03101 工作面頂板初次來壓步距的確定

施工前，03101 和2101 工作面46 m 的開采步距，工作面開掘11 m 時，直接頂垮落，到17 m 則全部直接頂垮落，推至37 m 時，工作面30#～110#支架煤壁片幫嚴重，液壓支架大柱平均壓力在36 MPa左右，兩順超前支護單體抽測壓力在16 MPa 左右，確定03101 工作面初次來壓步距37 m。在03101 工作面推進過程中，2101 兩順超前支護壓力顯現(xiàn)明顯，底鼓量平均為0.3 m，頂板下沉量平均為0.4 m。

3.3.2 2101 工作面頂板初次來壓步距的確定

2101 工作面推至9 m 時，直接頂開始垮落；推至14m 時直接頂全部垮落；推至32 m 時，工作面25#～125#支架煤壁片幫嚴重，液壓支架大柱壓力平均在40 MPa 左右，確定2101 工作面初次來壓步距32 m。2101 工作面初次來壓期間對03101 工作面及兩順影響較小。

3.4 周期壓力規(guī)律

3.4.1 03101 工作面周期來壓步距

初次來壓結(jié)束后，工作面頂板相對完整，2101兩順超前巷道頂?shù)装逡平孔冃　?3101 工作面采至60 m 處時，周期來壓特征明顯，工作面片幫，液壓支架大柱壓力明顯增大，超前支護10 m 范圍內(nèi)巷道壓力顯現(xiàn)明顯，確定為03101 工作面第一次周期來壓，周期來壓步距為23 m。

根據(jù)觀測，03101 工作面第二次周期來壓步距為24 m，第三次周期來壓步距為22.5 m。經(jīng)過3個循環(huán)的觀測，確定03101 工作面周期來壓步距為22～24 m。03101 工作面來壓曲線示意圖如圖2。

3.4.2 2101 工作面周期來壓步距

2101 工作面采至46 m 時，進入03101 工作面采空區(qū)，2101 工作面頂板、兩順礦壓變化不大；推至52 m 時，工作面片幫，液壓支架大柱壓力明顯增大，超前支護15 m 范圍內(nèi)巷道壓力明顯，2101工作面第一次周期來壓，周期來壓步距為20 m。2101 工作面來壓曲線示意圖如圖3。

2101 工作面在第一次來壓前進入03101 工作面采空區(qū)以內(nèi)，受到03101 工作面的采動影響，2101工作面壓力在周期來壓結(jié)束后,頂板破碎，煤壁片幫，已無法判斷出2101 工作面的來壓步距。

圖2 03101 工作面來壓曲線示意圖

圖3 2101 工作面來壓曲線示意圖

4 兩個工作面周期壓力分析

03101 和2101 工作面同時施工以來，2101 工作面推進226 m，03101 工作面推進210 m。

根據(jù)觀測的數(shù)據(jù)已經(jīng)確定了兩工作面的初次來壓及周期來壓步距，在來壓期間03101 工作面可視為單層開采，按照以往措施做好周期來壓期間的安全防護工作即可。2101 工作面周期來壓不明顯，但在03101 工作面來壓前期，要在2101 兩順內(nèi)標注出03101 工作面周期來壓點位，加強兩順在03101工作面周期來壓正下方前后10 m 的巷道補強支護工作，避免03101 工作面周期來壓給2101 兩順巷道造成較大破壞，避免頂板事故的發(fā)生。

5 礦壓觀測結(jié)論

根據(jù)煤礦規(guī)定開采步距是24～35 m，但實際推進過程中各種原因造成開采不能同步，2101 工作面比03101 工作面推進慢，開采錯距最大時達60 m。2101 回風順槽超前支護段60 m 及超前支護外15 m，巷道壓力大。當2101 工作面采至160 m 時，2101 運輸順槽頂板下沉，受03101 工作面冒落區(qū)對2101 兩順的影響。根據(jù)實測，拉近兩工作面開采錯距40～50 m，減少巷道維護量，兩順壓力未緩解。2101 工作面直接頂巖層在03101 工作面基本頂懸臂梁折斷時雖受壓力影響，因此處煤層未開采，破壞程度不大，如圖4 首采工作面頂板壓力分布，因兩順層開采形成的實掘巷道下部無實體支撐，破壞程度較大。要緩解2101 工作面及兩順壓力，03101 與2101 工作面錯距必須控制在24～35 m 之間。

圖4 首采工作面頂板壓力分布示意圖

6 結(jié) 語

03 和2 號煤層上下重疊布置礦山壓力監(jiān)測研究采場圍巖位移、頂?shù)装迤茐?、支架受載情況，從動態(tài)分析中獲得巖層運動條件和周圍壓力分布變化，了解分析隨采場推進超前巷道不同位置處的頂?shù)装逑鄬σ平亢鸵平俣?，順利解決采場礦壓控制，保證煤礦安全生產(chǎn)，提升礦井煤炭產(chǎn)量。

近距離煤層開采工作面重疊布置有利于煤礦瓦斯治理。兩層煤同時開采，層間距較小，兩層煤工作面互相制約，重疊開采煤層回采中的錯距控制在24～35 m 之間，可以最大限度提高煤炭產(chǎn)量。