什林煤業(yè)下組煤首采工作面礦壓顯現規(guī)律研究

【摘要】通過理論分析和現場礦壓實測的方法，對什林煤業(yè)10-101首采工作面礦壓顯現規(guī)律進行了詳細的實測研究，掌握了下組煤K2灰?guī)r厚層堅硬頂板條件下回采工作面的礦壓顯現規(guī)律及工作面構造對礦壓顯現規(guī)律的影響等。為相似條件工作面的礦壓顯現規(guī)律研究及巷道支護管理提供了重要的指導和借鑒意義。

【關鍵詞】綜采工作面；礦壓顯現；K2灰?guī)r

由于資源整合礦井在以往開采過程中對回采工作面礦壓顯現規(guī)律未進行有效、系統(tǒng)的研究，隨著礦井由基建礦井轉為生產礦井，綜采工作面礦壓顯現規(guī)律研究，就成為擺在當前企業(yè)安全生產中急需解決的一項課題，特別是對下組煤直接頂為K2灰?guī)r這樣堅硬巨厚頂板來說，此項工作就顯得尤為重要。

1、工作面概況

霍州煤電集團什林煤業(yè)有限責任公司位于霍州市北部直距約6.5km，礦井設計生產能力90萬噸/年。10-101綜采工作面位于10#煤一采區(qū)，為礦井投產后的首個回采工作面，工作面選用綜合機械化一次采全高傾斜長壁后退式采煤法，采空區(qū)采用全部垮落法進行處理。工作面走向長230m，蓋山厚度243m—271m，煤層平均厚度1.8m，傾角4°，工作面直接頂為K2巖，平均厚度10.2m，呈深灰色厚層狀細粒生物屑石灰?guī)r夾有燧石結合等，下部夾有薄泥巖，單向抗壓強度平均134.3MPA，單向抗拉強度平均3.42MPA，頂板巖層普氏硬度F=13.7，直接底為泥巖，平均厚度3.6m。在切巷施工過程中在距副巷口約60米處揭露一長軸為32米的無碳柱X10-26，無碳柱呈橢圓形，主要充填物為K2灰?guī)r。

工作面正、副巷均采用矩形斷面，凈寬*凈高為5000mm*2600mm，采用錨網梁進行支護，錨索補強。機頭、機尾處各采用三架ZZG7900/15/30型液壓支架，中間采用ZZ6500/14/27型液壓支架進行支護，共安設支架154架；輔運順槽采用ZT2*3200/15/30型超前支架，膠帶順槽采用雙排單體支柱配合0.8m金屬π梁進行支護，支護長度均為25米。為防止工作面上下隅角在開采工程中形成大面積懸頂，礦壓顯現壓垮工作面，采取了正副巷端頭超前退錨及施工切頂炮眼等防范措施。

2、礦壓觀測方案

2.1主要礦壓觀測內容

根據實際，決定對工作面“三量”進行觀測，即支架壓力、頂板下沉量、活柱下縮量，同時對采空區(qū)懸頂及跨落情況，回采過程中支架阻力變化等進行觀測、記錄。巷道觀測內容為超前應力范圍，頂板離層量及正副巷煤壁片幫深度。

2.2測點布置及礦壓觀測方法

工作面支架壓力變化通過安設在支架上的KJ216型煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，工作面礦壓監(jiān)測分為上部、中部、下部，每6架支架安設一組，共布26個測點，安裝測力儀52臺，每個測力儀分別記錄支架前、后立柱壓力。

工作面頂板下沉量及活柱下縮量通過人工在規(guī)定位置設點，采用鋼卷尺定時、定點、定工序進行量測的方法。巷道超前應力范圍觀測，通過在正副兩巷每隔3米安設KY-82型動態(tài)儀進行數據采集，頂板離層量通過安設在巷道內的GYW300型圍巖移動傳感器進行實時監(jiān)測。幫部壓力變化情況通過安裝的GYW400型錨桿應力傳感儀進行實時監(jiān)測。

3、礦壓監(jiān)測情況及數據分析

通過在線監(jiān)測系統(tǒng)獲取的數據，工作面平均工作阻力為3888.6KN/架，最大工作阻力為5653.5KN，與額定工作阻力比值為86%，整體上中部支架工作阻力較上、下部工作阻力小，這主要是由于工作面中部老頂由于受陷落柱及小型正斷層的影響，破壞了頂板的完整性，有效地促進了其正?？缏?，減小了礦壓顯現，而上、下隅角處由于受巷道非回采煤幫的支撐作用，礦壓顯現較為明顯，需放震動炮頂板方能有效跨落。

在支架活柱下縮量方面，支架前、后立柱下縮量均在10mm-35mm范圍內，頂板下沉觀測表明，在初次來壓及周期來壓期間，下沉量在25mm-35mm范圍內，較正常期間大20mm左右，持續(xù)時間平均為兩個圓班。說明支架的額定工作阻力還有一定富余，完全可以支撐此工作面的頂板。

根據觀測工作面推進11.2m時在91#—108#和112#—116#支架處及陷落柱和斷層區(qū)段出現第一次垮落，推進18m時23#—128#區(qū)段全部跨落，推進22.5m-25m時下隅角處跨落，推進23.7m--26.8m時上隅角處跨落。根據以上觀測數據可知，工作面老頂初次跨落步距平均為18m，上下隅角經弱化處理后初次來壓步距平均為25m，影響時間為兩個圓班。工作面老頂周期來壓呈不均勻分布狀態(tài)，周期來壓步距一般在7-15m之間，呈現兩端頭較長，中部較短的現象，且老頂切斷性跨落較少，一般隨著工作面推經間斷性跨落，懸頂距離兩端頭為2m-5.5m之間，中部在1.5m-4m之間。

通過在兩巷設置的觀測點采取數據可知，兩巷單體壓力為單峰曲線，峰值在靠煤壁前方8米左右。頂板變化相對較小，收斂量在10mm～20mm之間，除正巷無碳柱處出現片幫現象，其它地點幫部無較大片幫情況。

4、結論

4.1工作面安裝的ZZ6500/14/27型支撐式液壓支架支撐力及正副兩巷超前支護距離，能夠滿足安全生產的需要。

4.2根據現場觀測數據分析可知，由于受工作面無碳柱、斷層等影響，無論是老頂初次來壓，還是老頂周期來壓，沿工作面方向并不是同時來壓，而是呈現分段局部來壓，遷移的特征。

4.3下組煤老頂為K2灰?guī)r，其初次來壓運動形式為彎曲沉降運動形式，頂板巖層端部斷裂線距煤壁的距離S0平均為8米。其初次破斷與冒落形態(tài)為拱形，周期破斷與冒落呈不等長的短塊狀。

4.4由于K2灰?guī)r單向抗壓強度較大，為避免工作面上、下隅角處板懸頂面積過大，影響安全生產，工作面需提前施工切頂炮眼。

參考文獻

[1]錢鳴高.《礦山壓力及其控制》[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2006.

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