霄云煤礦1310 孤島工作面初采礦壓監(jiān)測(cè)分析

侯明明 儲(chǔ)丹東 陳璋林

（濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司霄云煤礦，山東 濟(jì)寧 272213）

1 工程概況

1310 孤島工作面位于-790 m 水平，一采區(qū)東翼，工作面走向長(zhǎng)745 m，傾斜長(zhǎng)度211 m。1310 孤島工作面兩側(cè)分別為1308 和1312 老空區(qū)，該工作面與鄰近采掘工程的相對(duì)位置關(guān)系如圖1。

圖1 1310 工作面布置圖

1310 工作面主采3 煤，平均厚度3.2 m，平均傾角15°。煤質(zhì)以亮煤為主，夾暗煤及絲炭條帶，屬半光亮～半暗型煤。工作面直接頂和老頂分別為2.7 m 和10.9 m 厚的細(xì)砂巖，直接底為0.5 m 厚的泥巖。1310 工作面頂、底板巖性情況見表1。

表1 1310 工作面頂、底板巖性情況統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)1310 工作面初采期間的礦壓分布特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，有助于提前估計(jì)工作面礦壓和支架支承阻力、確保支架的支承能力并及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤礦存在的安全隱患，為進(jìn)一步采取加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、解危和加強(qiáng)防護(hù)等提供依據(jù)[1-6]，對(duì)保障煤礦安全化、科學(xué)化、高效化生產(chǎn)具有重要意義。

2 1310 孤島工作面液壓支架阻力分析

采用YHY60W（A）本安型應(yīng)力計(jì)對(duì)采場(chǎng)支架工況進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，同時(shí)利用配套數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及備份。根據(jù)1310 工作面長(zhǎng)度，共安裝151 架液壓支架，自皮帶順槽至軌道順槽依次編號(hào)。每逢支架尾號(hào)為1 布置1 臺(tái)應(yīng)力計(jì)，即1#、11#、21#……141#、151#，共計(jì)16 臺(tái)。同時(shí)不定期地進(jìn)行人工抽測(cè)、記錄重點(diǎn)測(cè)站處支架的工況。

2.1 支架工作阻力分析

液壓支架阻力統(tǒng)計(jì)如圖2，其中51#、111#、151#架數(shù)據(jù)中途斷線。液壓支架來(lái)壓臨界值在沿支架排列方向上呈現(xiàn)出較明顯的馬鞍形，與采場(chǎng)側(cè)向支承壓力的分布特征具有一致性。各支架來(lái)壓時(shí)長(zhǎng)比在數(shù)值上不一致，介于20.21%～39.69%，說(shuō)明采場(chǎng)各位置頂板運(yùn)動(dòng)不同步。

圖2 各支架阻力來(lái)壓臨界值分布趨勢(shì)

以61#～81#液壓支架為代表，工作面中部來(lái)壓時(shí)長(zhǎng)比相對(duì)較大，而該區(qū)間來(lái)壓臨界值較小，說(shuō)明此區(qū)間頂板運(yùn)動(dòng)連續(xù)性和規(guī)律性較強(qiáng)。各支架循環(huán)末阻力和來(lái)壓次數(shù)近似負(fù)相關(guān)，即末阻力越高，來(lái)壓次數(shù)越少。

2.2 頂板運(yùn)動(dòng)的分區(qū)性

沿工作面方向支架壓力最大值與平均值分布規(guī)律為中間與兩端稍低，大體呈“馬鞍形”，如圖3。在軌道順槽（151#架）側(cè)，支架壓力整體較高的區(qū)域?yàn)?21#～141#架，對(duì)應(yīng)范圍約15～45 m。在膠帶順槽（1#架）側(cè)，支架壓力較高的區(qū)域?yàn)?1#～41#架，對(duì)應(yīng)范圍約15～60 m。

圖3 液壓支架1 日平均阻力（沿傾向）

部分支架支撐力較高，達(dá)4500～5500 kN，包括41#架、91#架、131#架、141#架，在工作面整體位置上處于中上部區(qū)間。對(duì)應(yīng)工作面下部、中部和上部共三個(gè)分布區(qū)間，由此可將頂板運(yùn)動(dòng)劃分為以此架為中心的三個(gè)區(qū)域，如圖4。下部區(qū)域：以41#架為中心，11#～61#架，區(qū)間長(zhǎng)度約75 m；中部區(qū)域：以91#架為中心，61#～111#架，區(qū)間長(zhǎng)度約75 m；上部區(qū)域：以131#架為中心，111#～141#架，區(qū)間長(zhǎng)度約45 m。進(jìn)一步推測(cè)，1312 采空區(qū)側(cè)向支承壓力在本工作面的影響范圍約31.5～45 m，1308 采空區(qū)側(cè)向支承壓力在本工作面的影響范圍約60 m。

圖4 1310 工作面頂板運(yùn)動(dòng)區(qū)間劃分（m）

1310 工作面回采過(guò)程中兩側(cè)為低應(yīng)力區(qū)，其中以1#支架為代表，由于工作面采取了超前切頂卸壓措施，工作面下巷側(cè)支架壓力較小。由數(shù)次現(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)，151#及附近支架數(shù)據(jù)在20 MPa 左右，即工作面上端頭壓力較低。

由圖3～圖4 得出，沿傾斜方向工作面中下部（靠近機(jī)尾頭）先來(lái)壓，后逐漸向上部轉(zhuǎn)移，最終發(fā)展為整個(gè)工作面來(lái)壓。

整體來(lái)看，在工作面來(lái)壓期間，工作面中部壓力要高于工作面兩端頭處，工作面中上部液壓支架在來(lái)壓期間均呈現(xiàn)較高壓力狀態(tài)，趨勢(shì)上下略有起伏；沿工作面推進(jìn)方向，支架壓力呈逐漸穩(wěn)定趨勢(shì)。

3 超前支承壓力規(guī)律分析

受工作面采動(dòng)影響，超前支承壓力測(cè)區(qū)內(nèi)應(yīng)力計(jì)讀數(shù)隨之發(fā)生變化，分析其應(yīng)力變化可以得出超前支承壓力分布規(guī)律，確定其高峰壓力影響范圍，為超前加強(qiáng)支護(hù)提供依據(jù)。

3.1 軌順單元支架壓力分析

圖5 為1310 軌道順槽內(nèi)單元支架壓力隨工作面推進(jìn)的變化趨勢(shì)。

圖5 1310 軌道順槽單元支架壓力分布

結(jié)合單元支架與工作面煤壁的相對(duì)位置可得：

1）單元支架卸壓閾值為40.9 MPa，隨著時(shí)間后移，單個(gè)單元支架到工作面的距離越來(lái)越近，支架壓力逐漸增大和達(dá)到卸壓閾值，進(jìn)而出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象。距離工作面遠(yuǎn)端較早出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象的位置為超前支承壓力影響范圍的外邊界，約100 m。

2）工作面軌順側(cè)超前卸壓區(qū)的范圍為回采煤壁至超前6～10 m，該卸壓狀態(tài)受工作面采煤和切頂?shù)木C合影響。工作面超前10～60 m 范圍內(nèi)單元支架壓力基本達(dá)到卸壓閾值，判定為超前支承壓力劇烈影響區(qū)。超前60～95 m 范圍內(nèi)單元支架距離工作面越近，支架壓力越大，判定為超前支承壓力影響區(qū)。超前95～130 m 范圍內(nèi)單元支架壓力整體較低且變化趨勢(shì)和幅度較小，判定為無(wú)影響區(qū)。

3）在兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)工作面超前支承壓力的影響范圍和劇烈程度有所變化。第二階段自7 月19日以來(lái)，工作面基本達(dá)到并保持快速、勻速推進(jìn)，其在單元支架數(shù)據(jù)上的展現(xiàn)為影響區(qū)間和變動(dòng)頻率較之前顯著增大。

3.2 皮順單元支架壓力分析

圖6 為1310 膠帶順槽內(nèi)單元支架壓力隨工作面推進(jìn)的變化趨勢(shì)。結(jié)合單元支架與工作面煤壁的相對(duì)位置，可以得到如下信息：

圖6 1310 膠帶順槽超前支承壓力分布

1）個(gè)別支架右柱壓力接近0 值，按無(wú)效數(shù)據(jù)處理，同時(shí)進(jìn)行實(shí)地校核。

2）工作面皮順側(cè)超前范圍內(nèi)無(wú)明顯卸壓區(qū)；超前65 m 為支承壓力劇烈影響區(qū)；超前65～105 m為影響區(qū)；超前105～125 m 為無(wú)影響區(qū)。

3）1310 工作面膠帶順槽多架單元支架壓力表現(xiàn)出較大變化趨勢(shì)，認(rèn)為和工作面周期來(lái)壓相關(guān)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)1310 孤島綜采面初采過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)及后續(xù)系統(tǒng)整理與分析工作，摸索出了該類條件下的基本初采礦壓規(guī)律，獲得以下結(jié)論：

1）1310 老頂初次來(lái)壓步距約40～46 m，工作面來(lái)壓具有分段（區(qū)）性。沿傾斜方向工作面中下部（靠近機(jī)尾頭）先來(lái)壓，后逐漸向上部轉(zhuǎn)移，最終發(fā)展為整個(gè)工作面來(lái)壓。來(lái)壓期間，工作面中部壓力要高于兩端頭處，工作面中上部液壓支架在來(lái)壓期間均呈現(xiàn)較高壓力狀態(tài)，趨勢(shì)上下略有起伏；沿工作面推進(jìn)方向，支架壓力呈逐漸穩(wěn)定趨勢(shì)。

2）從采場(chǎng)支架工作阻力利用程度來(lái)看，目前1310 孤島綜采面ZY8000/20/42D 型掩護(hù)式液壓支架能滿足頂板控制要求，并有一定的富余量。為確保1310 面后續(xù)開采及安全生產(chǎn)，加強(qiáng)支架對(duì)工作面地質(zhì)條件變化的適應(yīng)性，建議類似煤層賦存條件的工作面支架選型時(shí)，其額定工作阻力保持同一等級(jí)。

3）工作面超前6～10 m 的范圍為卸壓區(qū)，超前10～60 m 范圍為支承壓力劇烈影響區(qū)，超前60～95 m 范圍為影響區(qū)，超前95～130 m 為無(wú)影響區(qū)。