火成巖侵蝕條件下不穩(wěn)定煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律探討

張凡剛

（山東鑫國煤電有限責(zé)任公司，山東 肥城271613）

0 引言

受火成巖侵蝕的煤層極不穩(wěn)定， 對煤炭的開采難度增加，且頂板來壓時極易造成頂板事故。 為了達(dá)到安全生產(chǎn)，急需對該礦工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律有一個更清楚更系統(tǒng)的認(rèn)識。

我礦井井田含煤地層為太原組和山西組，山西組(P1s)厚40.35～193.25m，平均78.15m(厚度未剔除地層中夾雜的巖漿巖)，由淺灰至灰白色砂巖、深灰至灰黑色泥巖、粉砂巖及煤層組成，為主要含煤地層，局部有巖漿侵入，與太原組連續(xù)沉積。 本井田主采的3(3 下)煤層位于本組中、下部，為本井田主要含煤地層。 太原組（C2P1t）厚143.70～237.81m，平均176.04m(厚度未剔除地層中夾雜的巖漿巖)，由灰至灰黑色泥巖、粉砂巖、砂巖、薄層灰?guī)r及煤層組成，底部有雜色含鮞粒泥巖，局部地段有巖漿巖侵入。 與本溪組連續(xù)沉積。 含煤16 層，含石灰?guī)r9 層，其中三、十下灰全井田發(fā)育，是本井田的重要標(biāo)志層。

1 工作面地質(zhì)及支護(hù)情況

1.1 工作面地質(zhì)情況

3101 工作面為3100 采區(qū)工作面，工作面西部為3100 采區(qū)軌道、膠帶及回風(fēng)下山，北為正在掘進(jìn)的3103 軌道順槽，南為正在施工的東翼軌道和膠帶大巷，東無采掘工程。 工作面地面標(biāo)高+40.7～+41.0m，井下標(biāo)高-582.4～-645.2m，走向長445m，傾向長80m，可采面積34383m2。

該面3 煤為無煙煤、1/3 焦煤和貧瘦煤，厚度0.35～3.5m，平均2.38 m，受巖漿巖侵蝕，3101 膠帶順槽煤層局部變薄。煤層結(jié)構(gòu)簡單～復(fù)雜， 塊段Ⅱ中部煤層含夾矸0～1 層， 厚度0～0.64m， 其余塊段不含夾矸。 煤層傾角在13～25°之間， 平均21°，煤層普氏硬度系數(shù)f=1.5～2.0。 本面為一寬緩向斜，西翼走向110°～100°，傾向20°～10°，傾角19°～22°；東翼走向103°～85°，傾向13°～355°，傾角13°～25°；煤層傾角平均21°。 根據(jù)巷道揭露，影響本面回采的斷層4 條，落差0.8～4.5m（f2），f2斷層對工作面回采影響較大，其他斷層影響較小。

偽頂為泥灰色、灰黑色，含粉砂質(zhì)，薄層狀泥巖厚度0.6m直接頂為巖漿巖（粉砂巖）巖漿巖：灰白色、塊狀，細(xì)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要為長石。 厚度約8m 主要分布于工作面中西部。 粉砂巖：灰色、灰黑色，薄層狀，夾少量泥巖，呈水平層理。 主要分布于工作面東部。 直接底為灰色塊狀，含黃鐵礦及植物根化石粉砂巖厚度2.1m。 主要位于2009-1 鉆孔以東。 老底為灰色、灰白色、深灰色，薄層狀，呈水平層理，夾粉砂巖薄層，厚度為15.5m。

工作面受巖漿體入侵，本面揭露的巖漿巖為燕山晚期閃長玢巖， 根據(jù)現(xiàn)有資料分析巖漿巖沿煤層頂板順層侵入，對煤層破壞范圍較大，受此影響煤層變薄，局部被吞蝕。

1.2 工作面支護(hù)情況

工作面選用DY-25/100 型單體液壓支柱、HDJA-1200 鉸接頂梁、260mm 鐵鞋和3mπ 型鋼梁成對配合使用，四排支柱管理，采用全部垮落法處理頂板。

2 觀測點的布置及數(shù)據(jù)整理

2.1 位置選取

工作面為走向長壁布置，在工作面沿傾斜方向布置3 個測站。 礦壓人員分三班連續(xù)觀測，觀察單體液壓支柱壓力變化，頂板下沉量以及活柱下縮量。 上下順槽分別設(shè)觀測站，觀測礦壓對超前支護(hù)影響范圍和變形量。

2.2 數(shù)據(jù)收集

為掌握工作面初次來壓、周期來壓等礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及單體液壓支柱支護(hù)效能，對工作面進(jìn)行了觀測41d，工作面推進(jìn)42m。

2.3 規(guī)律分析

2.3.1 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

從礦壓三量數(shù)據(jù)的變化得到以下礦壓顯現(xiàn)規(guī)律：從實測數(shù)據(jù)來看，初壓以及周期來壓呈現(xiàn)來壓現(xiàn)象明顯，初壓步距22m，周期來壓步距約10m，并且來壓時支柱載荷壓力，頂板下沉量以及活柱下縮量變化大，可以判定：該工作面是初次來壓和周期來壓明顯的工作面。

2.3.2 上下順槽礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

通過對3101 工作面的觀測， 根據(jù)上下順槽測點距工作面距離不同得出的變化位移如下圖所示，水平位移變化速度在距工作面5m 左右時最大，約為53mm/d；而垂直位移變化速度在10m 左右最大，約為44mm/d；距離23m 以外頂板位移量變化已變的緩慢。 為了利于安全生產(chǎn)，應(yīng)在距煤壁30m 以內(nèi)加強(qiáng)管理，尤其應(yīng)在距工作面煤壁17m 的范圍內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)。

根據(jù)超前支護(hù)壓力分布看出超前受壓情況：

工作面上下順槽的壓力分布相似，上順槽超前支撐壓力峰值處于12m 范圍內(nèi)，單根支柱載荷平均為20MPa。 所以得出工作面上順槽超前前15m 范圍內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)支柱管理。當(dāng)測點在距工作面21m 左右時， 超前支柱載荷明顯變小平均約為7MPa，處于較低的受力狀態(tài)。

工作面下順槽超前支撐壓力峰值處于10m 范圍內(nèi)，單根支柱載荷平均為21.5MPa，得出下順槽超前前15m 范圍內(nèi)應(yīng)該加強(qiáng)支護(hù)，確保在此范圍內(nèi)的支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到要求。 下順槽在20m 往后，單根支柱的平均載荷就明顯降低，約為8MPa。

通過上述可以看出工作面上下順槽壓力分布是相似的，跟現(xiàn)場實際情況相符，同時可看出工作面整體的超前支撐壓力峰值區(qū)在工作面前方10m 處， 且該段巷道變形量顯著增加，頂板來壓時容易出現(xiàn)煤兜及有碎煤屑掉落的情況，往后22m 以外的巷道變形量相對變小，由此得知，該面規(guī)定超前支護(hù)為30m 是可取的。

3 結(jié)論

3.1 由于該工作面直接頂為砂巖且煤層受巖漿體入侵工作面在來壓時現(xiàn)象明顯，所以必須堅持多次注液，確保初撐力。各種特殊支護(hù)（密集、戧柱、貼幫柱、墩柱、叢柱、π 型鋼大棚等）齊全正規(guī)。 若老空出現(xiàn)懸頂過大，必須人工放頂，消除危險隱患。 且在周期來壓期間要加快推進(jìn)速度，以甩掉頂板壓力。

3.2 工作面初壓步距為22m，周期來壓步距較短，在10m 左右，工作面來壓強(qiáng)度較大，來壓程度明顯。 因此周期來壓期間應(yīng)加強(qiáng)頂板管理，要確保工作面支柱初撐力不小11.5MPa，操作人員在回柱時謹(jǐn)慎操作， 要觀察頂板及周圍人員情況，防止倒柱傷人，且保證后退路暢通。 來壓期間由工長及時對工作面進(jìn)行巡視，若出現(xiàn)頂板來壓征兆時，工長當(dāng)機(jī)立斷，將所有人員撤到安全地點，待壓力穩(wěn)定后，方可由外向里逐棚檢查維護(hù)，確保安全。

3.3 在該特殊條件下隨著距煤壁距離增大，工作面礦壓顯現(xiàn)在頂?shù)装逡平可象w現(xiàn)的更為明顯。 因此該特殊條件下，工作面控頂距在滿足通風(fēng)、運(yùn)輸、行人等條件下盡量減小。