特厚煤層大采高工作面支承壓力分布規(guī)律研究

國洪晉

(潞安化工集團(tuán) 余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046103)

隨著煤礦開采設(shè)備日益發(fā)展，各大礦區(qū)厚煤層一次采全高開采工藝成為了煤礦開采的首選，并且采高在逐步增加。然而采高的增大，工作面礦壓規(guī)律、覆巖移動規(guī)律等表現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)。隨著工作面回采，打破了采場周圍原巖應(yīng)力場，引起了采場圍巖應(yīng)力的重新分布。已經(jīng)開采完畢的采空區(qū)上覆巖層重量施加在了采空區(qū)周圍巖體上，從而在采空區(qū)圍巖形成支承壓力帶，在工作面前方形成的超前支承壓力，隨工作面開采不斷地向前移動[1-3]。一般來說，超前支承壓力峰值位置在超前工作面煤壁2～10 m，最遠(yuǎn)的可達(dá)20～30 m[4-5]。對于特大采高工作面而言，其超前支承壓力特征勢必與普通工作面不同，因此有必要掌握工作面超前支承壓力特征，以便更好地服務(wù)于礦井現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

1 工程概況

某礦設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬t/a，主要開采12號、22號煤層，其中12煤層穩(wěn)定可采，厚度5.2～6.5 m，平均6 m，傾角3～8°，平均6°，煤層頂板主要由炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖及砂巖組成，局部含煤線，巖層層理發(fā)育、破碎，強(qiáng)度較低；底板以砂質(zhì)泥巖為主，層理發(fā)育、破碎、強(qiáng)度較低。12302工作面位于該礦12號煤三盤區(qū)，工作面傾向長度286.2 m，走向長度1 865 m，設(shè)計采高6.0 m，采用一次采全高回采工藝，屬于特大采高工作面。工作面布置167臺ZY 16800/32/70液壓支架，超前支護(hù)采用直徑100 mm單體液壓支柱。

2 工作面巷道超前礦壓實測

2.1 礦壓監(jiān)測方案

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對12302工作面兩巷道圍巖移近量進(jìn)行觀測。觀測時，采用電子紅外測距儀對兩巷道超前120 m頂?shù)装寮皟蓭鸵平窟M(jìn)行觀測。兩巷道各布置3個測點(diǎn)，測點(diǎn)間隔20 m進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)場監(jiān)測方案如圖1所示。要求每班對各測點(diǎn)進(jìn)行測量，當(dāng)工作面推過測點(diǎn)后，重新布置下一組測點(diǎn)，如此循環(huán)監(jiān)測。

圖1 兩巷道測點(diǎn)布置

2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

圖2為隨距工作面不同距離時，兩巷道頂?shù)装逡平康淖兓厔荨Ｈ鐖D2所示，隨著工作面逐漸臨近，兩巷道頂?shù)装逡平靠傮w趨勢表現(xiàn)出了先增大，后減小的趨勢?；仫L(fēng)巷道3個測點(diǎn)在超前工作面煤壁45 m附近開始受到回采影響，在20 m附近頂?shù)装逡平窟_(dá)到最大之后逐漸減小，1號測點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲笾禐?35 mm，2號測點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲笾禐?86 mm，3號測點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲笾禐?62 mm；主運(yùn)巷道3個測點(diǎn)在超前工作面煤壁43 m附近開始受到回采影響，在20 m附近頂?shù)装逡平窟_(dá)到最大之后逐漸減小，1號測點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲笾禐?05 mm，2號測點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲笾禐?58 mm，3號測點(diǎn)頂?shù)装逡平孔畲笾禐?22 mm。

圖2 隨距工作面不同距離兩巷道頂?shù)装逡平孔兓?/p>

圖3為隨距工作面不同距離時，兩巷道兩幫移近量的變化趨勢。如圖3所示，隨著工作面逐漸臨近，兩巷道兩幫移近量總體趨勢表現(xiàn)出了先增大，后減小的趨勢?；仫L(fēng)巷道3個測點(diǎn)在超前工作面煤壁40 m附近開始受到回采影響，在20 m附近兩幫移近量達(dá)到最大之后逐漸減小，1號測點(diǎn)兩幫移近量最大值為122 mm，2號測點(diǎn)兩幫移近量最大值為326 mm，3號測點(diǎn)兩幫移近量最大值為362 mm；主運(yùn)巷道3個測點(diǎn)在超前工作面煤壁43 m附近開始受到回采影響，在20 m附近兩幫移近量達(dá)到最大之后逐漸減小，1號測點(diǎn)兩幫移近量最大值為102 mm，2號測點(diǎn)兩幫移近量最大值為142 mm，3號測點(diǎn)兩幫移近量最大值為383 mm。

圖3 隨距工作面不同距離兩巷道兩幫移近量變化

通過對工作面回采過程中，兩巷道圍巖移近量觀測，12302工作面超前支承應(yīng)力影響范圍為45 m左右，在超前工作面20 m附近達(dá)到峰值，影響范圍遠(yuǎn)大于一般采高工作面；兩巷道頂?shù)装?、兩幫移近量最大?00～400 mm，也遠(yuǎn)大于一般采高的工作面。

3 巷道圍巖破壞狀態(tài)

為研究工作面超前范圍內(nèi)巷道變形破壞特征，選取兩巷道超前工作面20處各設(shè)置1個觀測站，采用鉆孔窺視儀探測工作面頂板破壞狀態(tài)。每個測站內(nèi)，各布置3個鉆孔，分別位于巷道兩頂角及頂板中央，兩頂角位置分別向兩幫傾斜45°，孔徑為D30 mm，孔深15 m，巷道中央位置垂直于頂板，孔徑為D30 mm，孔深15 m。測站及鉆孔布置如圖4所示。

圖4 測站及鉆孔布置示意

文章選取典型的鉆孔窺視圖進(jìn)行分析，圖5為主運(yùn)巷道工作面?zhèn)?-1號鉆孔窺視結(jié)果。圖5中，在主運(yùn)巷道頂板中央存在一條縱向連續(xù)裂隙，長度深入頂板1.19～7.1 m，而深入頂板1.19～10.58 m范圍內(nèi)頂板較為破碎，大于10.58 m范圍內(nèi)頂板相對完好。

結(jié)合其他5個鉆孔窺視結(jié)果分析，超前12302工作面20 m頂板受到工作面采動影響，不同程度存在裂隙發(fā)育，尤其靠近工作面?zhèn)鹊捻敯遢^為破碎，巷道中央及靠近煤柱側(cè)的頂板破碎主要集中在巷道留設(shè)的頂煤位置。因此在工作面回采過程中，要加強(qiáng)兩巷道頂板支護(hù)，特別要注意頂板留設(shè)頂煤破碎傷人，加強(qiáng)工作面超前支承壓力影響區(qū)域的補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。

圖5 2-1號鉆孔窺視

4 結(jié) 語

通過對6 m特大采高工作面支承應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，主要得出以下結(jié)論：

1) 12302工作面超前支承應(yīng)力影響范圍為45 m左右，在超前工作面20 m附近達(dá)到峰值，兩巷道頂?shù)装濉蓭鸵平孔畲笾?00～400 mm，遠(yuǎn)大于一般采高的工作面。

2) 主運(yùn)巷道頂板中央存在一條縱向連續(xù)裂隙，長度深入頂板1.19～7.1 m，而深入頂板1.19～10.58 m范圍內(nèi)頂板較為破碎，大于10.58 m范圍內(nèi)頂板相對完好。

3) 12302工作面超前20 m頂板裂隙發(fā)育，尤其靠近工作面?zhèn)鹊捻敯遢^為破碎，回采過程中加強(qiáng)超前支承壓力影響區(qū)域的頂板管理。