73904工作面遠(yuǎn)程監(jiān)控及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

王君杰

(西山煤電集團(tuán)公司 杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022)

杜兒坪煤礦主要可采煤層為2#、3#、6#、7#、8#、9#煤，可采煤層總厚度16.37 m，煤種有貧煤、瘦煤和貧瘦煤。目前主要開(kāi)采2#、3#、8#煤層，基于2#與3#煤層間距較薄，巷道圍巖壓力大，針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式頂板監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)的問(wèn)題，在采掘過(guò)程中對(duì)巷道及工作面加設(shè)頂板在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)不間斷數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)頂板活動(dòng)規(guī)律，為支護(hù)方案優(yōu)化提供依據(jù)，降低圍巖壓力對(duì)采掘活動(dòng)的影響，從而提高礦井生產(chǎn)效率。

1 工作面概況

73904工作面位于杜兒坪煤礦南九盤(pán)區(qū)3#煤層，走向長(zhǎng)963 m，傾向長(zhǎng)147 m，煤層厚度穩(wěn)定，總厚3.154～4.50 m，平均3.64 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層傾角2°～6°，平均3°,直接頂為3.30 m厚細(xì)粒砂巖，基本頂為3.0 m厚粗粒砂巖，直接底為5.6 m厚砂質(zhì)泥巖，基本底為8.50 m厚K5含礫粗砂巖，可采儲(chǔ)量574 770.9 t，屬貧瘦煤，硫分較低，灰分較高。73904工作面北鄰南九3#煤皮帶巷，東鄰73903工作面(已采)，西鄰73906工作面(未掘)。工作面上部為72904工作面采空區(qū)，層間距2.7～3.8 m，為近距離煤層， 工作面布置見(jiàn)圖1.

圖1 工作面布置圖

2 頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方案

巷道頂板活動(dòng)主要表現(xiàn)形式有3種，即彎曲下沉、冒頂及離層，為更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)73904工作面兩巷頂板活動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)，在兩巷每隔50 m布置一組礦壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)，包括：GUD500頂板離層儀在線監(jiān)測(cè)、錨桿錨索測(cè)力計(jì)。同時(shí)，對(duì)工作面支架壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。73904工作面共布置98臺(tái)液壓支架，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面支架工作阻力，將工作阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝于架內(nèi)。支架壓力監(jiān)測(cè)站共9個(gè)，第1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在第11#支架，中間間隔10架，第2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在第21#支架，依次類推。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線采用標(biāo)準(zhǔn) RS485 數(shù)據(jù)總線，壓力監(jiān)測(cè)站主要用于采集支架工作阻力及最大工作阻力，并及時(shí)、準(zhǔn)確地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至本安型分站。本安型分站利用控制巡測(cè)下位壓力的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各測(cè)站的監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)主站。綜采支架工作阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電設(shè)備采用KDW28-18型或KDW660/18B型隔爆兼本安電源。1臺(tái)電源承載本安型分站和壓力監(jiān)測(cè)站的數(shù)量分別為1臺(tái)和12臺(tái)，一旦超出需要增加供電電源保證正常供電。

3 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

3.1 采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

73904工作面采空區(qū)頂板管理采用自然垮落法。近距離煤層回采結(jié)束后能夠使基本頂觸矸時(shí)間提前，改變以往支架上覆巖層的受力情況[1-2]. 由于垮落步距縮短較快切斷了基本頂?shù)膽?yīng)力傳遞途徑，應(yīng)力集中將反復(fù)在支架和實(shí)體煤中呈現(xiàn)，因此，支架的受力情況將會(huì)加強(qiáng)，具體表現(xiàn)為支架壓力的短期反復(fù)升高降低和周期來(lái)壓變得更明顯更短。同時(shí)，近距離煤層回采期間的影響也是有一定范圍，影響范圍外的巷道頂板相比較于其他煤層并無(wú)區(qū)別。采場(chǎng)主要?jiǎng)澐譃?個(gè)礦壓區(qū)域：工作面影響區(qū)、靠近側(cè)煤柱影響區(qū)和巷道未影響區(qū)。采場(chǎng)應(yīng)力分布云圖見(jiàn)圖2，液壓支架載荷曲線變化見(jiàn)圖3.

圖2 工作面應(yīng)力分布云圖

分析圖2，圖3可得出,回采期間工作面采動(dòng)后所傳導(dǎo)壓力對(duì)巷道影響區(qū)范圍在15.5～19.8 m，且巷道受動(dòng)壓主要影響區(qū)域?yàn)橄掳氩肯锏馈＝嚯x、非近距離對(duì)采場(chǎng)礦壓規(guī)律的影響見(jiàn)表1，2.

表1 非近距離煤層對(duì)采場(chǎng)礦壓規(guī)律的影響表

表2 近距離煤層對(duì)采場(chǎng)礦壓規(guī)律的影響表

由表1，2可知，與非近距離3#煤層影響相比，本工作面液壓支架最大壓力增加了7.3 MPa；平均壓力增加了3.5 MPa；周期來(lái)壓步距減少了6.5 m. 工作面影響區(qū)與巷道未影響區(qū)液壓支架工作阻力及周期來(lái)壓步距相差不大。周期來(lái)壓步距的減少表明在近距離回采的影響下，工作面端頭直接頂垮落高度小且塊度大(碎脹系數(shù)小)，采空區(qū)在充填效果上的表現(xiàn)較差，采空區(qū)無(wú)法被碎脹的矸石完全填充，因而為基本頂回轉(zhuǎn)留有一定的空間，這就導(dǎo)致了回轉(zhuǎn)變形嚴(yán)重，導(dǎo)致斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，減小了斷裂的步距。

基本頂斷裂步距減小，但支架工作阻力增大，表明在近距離煤層回采的影響下，直接頂破斷垮落后，形成碎漲的矸石，一般情況下，這些矸石的量與采空區(qū)的實(shí)際需求量存在一定的距離，因此無(wú)法達(dá)到填滿的要求，為基本頂回轉(zhuǎn)的發(fā)生留有一定的空間，因而會(huì)產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而對(duì)工作面及兩巷直接頂產(chǎn)生的壓力也較大。

3.2 頂板離層變化規(guī)律分析

頂板離層監(jiān)測(cè)布設(shè)23個(gè)頂板離層監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其位置見(jiàn)表3，其中選用具有代表性的3#、7#和9#錨索應(yīng)力計(jì)的錨索應(yīng)力值，變化曲線見(jiàn)圖4.

根據(jù)圖4曲線能夠分析出頂板離層值及頂板最大離層值變化情況，見(jiàn)表4.

由圖4和表4可知：

1) 超前支撐壓力對(duì)于工作面的頂板離層影響顯著，一般情況下，影響范圍處于23.8～15.3 m，平均19.8 m.

2) 由3#、7#和9#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的曲線變化趨勢(shì)可知，工作面回采時(shí)，頂板離層值距工作面距離越近離層值越大。

圖3 工作面液壓支架載荷監(jiān)測(cè)曲線圖

表3 頂板離層儀安裝位置表

圖4 回采期間頂板離層值變化圖

3) 3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的深基點(diǎn)最大值為98.4 mm，平均為87.5 mm；淺基點(diǎn)最大值為55.1 mm，平均為47.2 mm.

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)近距離煤層綜采工作面安設(shè)的頂板在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和巷道內(nèi)監(jiān)測(cè)設(shè)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索回采過(guò)程中采動(dòng)壓力對(duì)巷道內(nèi)支護(hù)超前影響范圍，與巷道變形、錨桿受力等存在的關(guān)系，掌握了近距離煤層在回采期間圍巖應(yīng)力在不同條件下的分布狀況和顯現(xiàn)規(guī)律。

表4 頂板離層值變化及最大離層值表

1) 3號(hào)煤層回采過(guò)程中采動(dòng)壓力對(duì)巷道影響區(qū)范圍在15.5～19.8 m，且巷道受動(dòng)壓主要影響區(qū)域?yàn)橄掳氩肯锏溃谶M(jìn)行相似條件3號(hào)煤層設(shè)計(jì)時(shí)頂板支護(hù)采取注漿錨(桿)索等補(bǔ)強(qiáng)，提高頂板承載能力。

2) 工作面采動(dòng)壓力對(duì)巷道內(nèi)的頂板離層影響顯著，一般情況下，影響范圍處于23.8～15.3 m，平均19.8 m，因此超前支護(hù)距離打設(shè)不少于20 m.

3) 工作面回采時(shí)，頂板離層值距工作面距離越近離層值越大，要加快回采推進(jìn)速度，縮小巷道內(nèi)超前支護(hù)排距，有效控制采動(dòng)壓力延伸，保證作業(yè)安全。