綜放工作面采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測研究

王益清

（山西離柳焦煤集團(tuán)有限公司，山西 孝義 032310）

綜合機(jī)械化放頂煤開采技術(shù)的發(fā)展使厚煤層整層開采成為了現(xiàn)實(shí)，目前，我國長治、平頂山、朔州、神東等礦區(qū)均采用了放頂煤開采技術(shù)。放頂煤開采技術(shù)具有開采工藝簡單、安全水平高、高產(chǎn)高效等多重優(yōu)點(diǎn)，但其采高和頂煤厚度較大，容易出現(xiàn)煤壁片幫和端頭頂煤冒漏等現(xiàn)象。掌握綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，可以提前采取措施對煤壁和頂煤進(jìn)行控制，對于優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)和提高安全生產(chǎn)水平具有重要的意義。1501工作面是某礦井技改后的首采工作面，對于放頂煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律了解較貧乏，故組織專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行該工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測，以期指導(dǎo)該工作面安全回采，為礦井生產(chǎn)積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工作面概況

1501工作面是礦井升級(jí)改造后的首采工作面，所采煤層為太原組15＃煤層，工作面南部為1503工作面，北部和西部為尚未規(guī)劃的實(shí)體煤，東部為采區(qū)上山。15＃煤層厚度為4.2～5.3m，平均為4.8m，傾角為4°～14°，平均為7.5°；煤層底板標(biāo)高為+1150 m～+1185 m，平均為+1165m，地面標(biāo)高為+1370m～+1506m，平均為1458m；煤層中夾有1～2層炭質(zhì)泥巖，夾矸厚度為0.2～0.45m。工作面設(shè)計(jì)走向長度為1024m，傾向長度為160m；采高為2.4m，放煤高度為2.4m，采放比為1∶1；通風(fēng)方式為“一進(jìn)一回”式，即運(yùn)輸巷進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)巷回風(fēng)。1501工作面?zhèn)雾敒楹穸?～1.45m 的炭質(zhì)泥巖，炭質(zhì)泥巖質(zhì)軟易碎，部分區(qū)域節(jié)理裂隙較發(fā)育；直接頂為3.45～12.34m 的灰黑色泥巖、粉砂巖，泥巖致密性較好，粉砂巖泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙較發(fā)育；基本頂為厚6.5～8.2m 的石灰?guī)r，該石灰?guī)r致密性較好，硬度較高；直接底為厚2.3～4.1 m 的泥巖，泥巖質(zhì)軟，遇水膨脹，含植物根部化石；基本底為厚4.6～8.5m 的灰黑色～黑色中粒砂巖和粉砂巖，巖層堅(jiān)硬致密，層理較發(fā)育。工作面共布置6臺(tái)ZFG-5200／19／32型放頂煤支架，中間布置100 臺(tái)ZF4400／17／30 型放頂煤支架，中間架額定工作阻力為4400kN，額定初撐力為3956 kN。

2 礦壓觀測方案設(shè)計(jì)

液壓支架載荷變化能夠較好地反應(yīng)工作面來壓情況，據(jù)此在采場布置礦壓觀測站。根據(jù)1501工作面實(shí)際開采情況，共布置3 個(gè)測站（見圖1），分別距上端頭20 m、80 m、140m，每個(gè)測站布置兩條測線，在測線對應(yīng)的液壓支架上布置一臺(tái)壓力檢測儀。該檢測儀主要用以實(shí)時(shí)記錄支架載荷的變化情況。為了更好地掌握1501工作面采場礦壓顯現(xiàn)特征，應(yīng)對采場煤壁片幫情況做統(tǒng)計(jì)分析，找出煤壁片幫規(guī)律，進(jìn)一步補(bǔ)充采場礦壓顯現(xiàn)特征。

圖1 1501綜放工作面礦壓觀測站布置示意

3 礦壓觀測分析

3.1 頂板來壓特征分析

初次來壓期間：隨著工作面從開切眼逐步推進(jìn)，所測支架載荷有逐漸增大趨勢，當(dāng)推進(jìn)至12m 位置處直接頂開始垮落，當(dāng)推至16m 時(shí)直接頂完全垮落；在28m 前載荷增大趨勢較緩慢，在28～30m 范圍內(nèi)，支架載荷陡然增大，采空區(qū)上方頂板出現(xiàn)折裂聲，工作面煤壁也出現(xiàn)不規(guī)則片幫現(xiàn)象，說明此時(shí)基本頂來壓步距為28～30m。對觀測期間支架載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得所觀測支架平均載荷為2403kN，最大為4425kN（見圖2）。

周期來壓期間：隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，所測支架載荷出現(xiàn)明顯的周期性變化。由圖2可知，分別在距離初次來壓位置12m、10m、7m、13m 和7m，說明周期來壓步距為7～13m，平均為9.8m；觀測期間所測支架平均載荷為2625kN，最大載荷為4436kN，且超出額定工作阻力的統(tǒng)計(jì)次數(shù)并不多，說明該支架適應(yīng)性較好，能夠滿足該工作面支護(hù)需求。

圖2 1501綜放工作面支架工作阻力隨推進(jìn)變化曲線

3.2 支架工作阻力分布

對所測支架安裝的壓力檢測儀數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將支架載荷按照400kN劃定區(qū)間繪制成柱狀（見圖3）。由圖3可知，1501綜采工作面液壓支架載荷分布呈現(xiàn)近似正態(tài)分布，支架載荷普遍較低，支架處于低支撐狀態(tài)，主要分布在1600～2800kN 范圍內(nèi)，約占總統(tǒng)計(jì)次數(shù)的60.79%；超出額定工作阻力次數(shù)較小，僅占總統(tǒng)計(jì)次數(shù)的1.12%。由圖2對所測支架初撐力進(jìn)行分析，可得支架平均初撐力為1468kN，約為額定初撐力的37.1%。分析支架處于低支撐狀態(tài)的主要因素有：（1）工作面圍巖條件較好，頂板和頂煤自承能力較好，且采場處于低應(yīng)力分布區(qū)間；（2）支架工在升架時(shí)未能給予足夠的初撐力，導(dǎo)致支架接頂狀態(tài)較差，不能夠真實(shí)反映頂板圍巖壓力；（3）供液系統(tǒng)不穩(wěn)定或壓力值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，導(dǎo)致支架載荷較低。該工作面支架載荷的另一特點(diǎn)就是初撐力較低，分析原因認(rèn)為支架工升架時(shí)間偏短，支架尚未達(dá)到額定初撐力即停止升架，此外，供液系統(tǒng)存在跑、冒、滴、漏也會(huì)出現(xiàn)支架初撐力偏低現(xiàn)象。

圖3 1501工作面支架載荷分布柱狀

3.3 煤壁片幫分析

煤壁片幫是礦壓顯現(xiàn)特征之一，通過煤壁片幫的統(tǒng)計(jì)分析，可以更好地掌握礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。通過近3個(gè)月的現(xiàn)場觀測，煤壁片幫呈現(xiàn)出明顯的周期性，發(fā)現(xiàn)在來壓之前，煤壁片幫現(xiàn)象不嚴(yán)重，片幫呈不規(guī)律性非連續(xù)小范圍片幫；在即將來壓時(shí)，煤壁片幫程度加劇，尤其在頂煤條件不好或者支架未及時(shí)護(hù)幫時(shí)片幫有加劇趨勢；在來壓期間，煤壁片幫程度明顯加劇，局部區(qū)域偶爾會(huì)出現(xiàn)大面積連續(xù)性片幫（見表1）。

表1 1501工作面煤壁片幫統(tǒng)計(jì)情況分析

4 結(jié)語

通過采場布置測站，掌握了1501工作面初次來壓步距、周期來壓步距、來壓強(qiáng)度和支架載荷分布特征等礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)；通過煤壁片幫統(tǒng)計(jì)，了解了煤壁片幫在工作面推進(jìn)過程中的片幫規(guī)律。通過觀測可知，工作面支架載荷和初撐力普遍較低，一方面說明該工作面壓力較小，支架能夠滿足支護(hù)要求；另一方面說明支架對頂板不能形成有力支撐，不利于對工作面頂板進(jìn)行維護(hù)。所以，在拉移支架過程中，要適當(dāng)延長升架時(shí)間，確保支架達(dá)到合理的初撐力，同時(shí)加強(qiáng)供液系統(tǒng)的檢修和維護(hù)，確保乳化泵站壓力不小于30 MPa。在工作面即將來壓時(shí)，支架要做到帶壓移架，及時(shí)打開護(hù)幫板，盡量控制煤壁片幫和頂煤冒漏現(xiàn)象發(fā)生。

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