白源煤礦31810工作面跨巷開(kāi)采礦壓顯現(xiàn)與分析

龍安清，王海華，黃占源

（江西煤業(yè)集團(tuán)有限公司 白源煤礦，江西 萍鄉(xiāng) 337039）

1 礦井概況

白源煤礦為江西煤業(yè)集團(tuán)主力礦井之一，主要開(kāi)采三疊系上統(tǒng)安源組紫家沖段82煤層，煤層傾角7°～55°，平均31°。煤層厚度0～12.6m，平均3.8m（含夾矸）。煤層直接頂為深灰色細(xì)砂巖，厚1.3m；老頂為灰色細(xì)砂巖與粉砂巖，厚度20～25m。直接底為0.1～0.3m 深灰色頁(yè)巖，老底為灰黑色粉砂巖夾薄層狀細(xì)砂巖，厚度為6～10m，其下為厚5～18m 灰色礫巖，該礫巖巖性較好，主要分布在82煤層底部10～30m 范圍內(nèi)，白源煤礦主要運(yùn)輸巷基本布置在此巖層中。

2 工作面及底板大巷概況

1）31810工作面位于礦井二水平301采區(qū)西翼邊界，工作面北起205采區(qū)2587工作面采空區(qū)，南至2588工作面采空區(qū)，西鄰2589工作面采空區(qū)，東靠301采區(qū)3188工作面采空區(qū)。工作面標(biāo)高-490 m～-467 m，距地表約620m。工作面走向長(zhǎng)205m，傾斜長(zhǎng)65m，采用走向長(zhǎng)臂后退式采煤法，單體液壓支柱及鉸接頂梁支護(hù)，爆破落煤，全部垮落法頂板管理，工作面采高2m，最大控頂距3 m，最小控頂距2m。該工作面作為二水平西大巷保安煤柱一直未開(kāi)采，2011～2012年重新施工二水平西改大巷后決定開(kāi)采該保安煤柱。

2）二水平西大巷位于31810工作面順槽北西翼20～30m 處，距工作面垂直高差7～15m（見(jiàn)圖1）。巷道原采用2.8m×2.8m 錨網(wǎng)梯噴半圓拱支護(hù)，由于受原3188工作面開(kāi)采影響，巷道變形嚴(yán)重。重新削修后，局部地段采用2.6m×2.6m U 型金屬棚支護(hù)，其余采用2.4m×2.4 m 梯型金屬棚支護(hù)。

圖1 31810工作面傾向剖面

3 礦壓觀測(cè)方案

3.1 礦壓觀測(cè)目的

考慮31810工作面開(kāi)采會(huì)對(duì)二水平西大巷造成較大影響，通過(guò)礦壓觀測(cè)，達(dá)到如下目的：掌握31810炮采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；確定工作面回采對(duì)底板大巷的影響；分析底板巷道支護(hù)方案的合理性，為今后巷道支護(hù)方案優(yōu)化及工作面跨大巷開(kāi)采提供可靠依據(jù)。

3.2 礦壓觀測(cè)方案

工作面走向長(zhǎng)205m，設(shè)計(jì)在二水平西大巷布置18個(gè)觀測(cè)站（見(jiàn)圖2），觀測(cè)站采用十字布點(diǎn)法，每個(gè)觀測(cè)站布設(shè)4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，一對(duì)布設(shè)在巷道頂?shù)装逯芯€位置，觀測(cè)頂?shù)装逑鄬?duì)移近量；2個(gè)布設(shè)在巷道兩幫腰線位置，觀測(cè)巷道兩幫相對(duì)移近量。采用5m 鋼卷尺每星期定期對(duì)各觀測(cè)站測(cè)量一次，巷道變形量較大時(shí)每2天觀測(cè)一次。

圖2 31810工作面平面

4 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與分析

31810工作面從2012年12月開(kāi)采至2013年7月21日結(jié)束，礦壓觀測(cè)從2013年1月～2013年10月底結(jié)束，巷道頂?shù)装遄畲笠平?75mm（見(jiàn)圖3），兩幫最大移近量44mm，礦壓顯現(xiàn)基本趨于穩(wěn)定。工作面開(kāi)采對(duì)巷道的影響在可控范圍，未影響底板大巷的正常運(yùn)輸與通風(fēng)。從各觀測(cè)站變形數(shù)據(jù)分析，得出了部分礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

圖3 31810工作面礦壓曲線

4.1 礦壓顯現(xiàn)隨工作面推進(jìn)速度而變化

從最大變形站11＃、12＃觀測(cè)站分析，工作面開(kāi)采至距觀測(cè)站大于35m 時(shí)，礦壓顯現(xiàn)較小，頂?shù)装迦兆畲笠平啃∮?mm，兩幫基本無(wú)變形；當(dāng)工作面推進(jìn)至距觀測(cè)站0～35m 時(shí)，受工作面超前支撐壓力影響，巷道下沉速度增大，底鼓變形嚴(yán)重，巷道兩幫底角失去約束，內(nèi)移傾斜，誘發(fā)兩幫失穩(wěn)，導(dǎo)致整個(gè)觀測(cè)站加劇變形，頂?shù)装迦兆畲笠平窟_(dá)到8mm，兩幫日最大移近量4mm；當(dāng)工作面推進(jìn)跨過(guò)觀測(cè)站10m 時(shí)，工作面老頂基本充填滿采空區(qū)，巷道變形逐漸穩(wěn)定（見(jiàn)圖4）。同時(shí)，整個(gè)觀測(cè)站變形值基本在工作面推進(jìn)前后2個(gè)月內(nèi)完成。

從圖4觀測(cè)點(diǎn)沿工作面推進(jìn)方向礦壓數(shù)據(jù)分析，礦壓顯現(xiàn)隨工作面推進(jìn)速度而變化。因此，今后在同等條件下跨巷開(kāi)采，加快工作面的推進(jìn)速度，縮短工作面采煤與放頂?shù)臅r(shí)間間隔，可部分減小工作面頂板下沉量，從而減少礦壓對(duì)底板巷道的影響。同時(shí)，白源礦炮采工作面對(duì)底板大巷的超前影響范圍為0～35m，采用全部垮落法頂板管理，放頂后10m 老塘基本填充滿采空區(qū)，對(duì)底板大巷的影響也基本趨于穩(wěn)定。根據(jù)炮采工作面來(lái)壓步距，開(kāi)采過(guò)程中加強(qiáng)該地段底板大巷二次支護(hù)，可減小巷道變形量。

圖4 11＃、12＃觀測(cè)點(diǎn)沿工作面推進(jìn)方向礦壓顯現(xiàn)分布

4.2 礦壓顯現(xiàn)隨底板巖性及巷道支護(hù)形式而不同

從觀測(cè)站變形數(shù)據(jù)比較分析，觀測(cè)站變形量大小不一，最大頂?shù)装逡平繛?75mm，最小頂?shù)装逡平績(jī)H為3mm。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，15?！?8＃觀測(cè)站為巖性相對(duì)較好的礫巖地段，比10?！?3＃觀測(cè)站巖性差的粉砂巖地段變形量??；同時(shí)，采用U 型金屬棚支護(hù)的7?！?＃觀測(cè)站地段比梯形金屬棚支護(hù)的地段變形量小，所以分析認(rèn)為巷道巖性及支護(hù)形式直接關(guān)系到礦壓變形量的大小。

因此，根據(jù)煤層底板巖性、巷道斷面、支護(hù)形式與礦壓顯現(xiàn)的部分規(guī)律，在今后的井巷設(shè)計(jì)過(guò)程中，深入細(xì)致地分析地質(zhì)構(gòu)造及圍巖穩(wěn)定條件，充分利用圍巖的的天然自承力，可減小巷道圍巖松動(dòng)破壞，并在此基礎(chǔ)上合理選擇巷道斷面及支護(hù)形式，可將礦山壓力顯現(xiàn)控制在合理的范圍。

4.3 礦壓顯現(xiàn)與煤巖層間距及形態(tài)相關(guān)

由圖5可以看出，15＃～18＃觀測(cè)站距煤層層間距大于13m，11?！?3＃觀測(cè)站距煤層層間距小于9m，上覆煤層開(kāi)采后，15＃～18＃觀測(cè)站比11?！?3＃觀測(cè)站變形量明顯更小，所以底板大巷距煤層間距越大，開(kāi)采后對(duì)大巷的影響越小。同時(shí)，由于受煤層形態(tài)變化影響，當(dāng)煤層傾角逐漸變大，煤層及頂板呈“凹”狀，工作面采用下山式推進(jìn)時(shí)，受重力影響，“凹”點(diǎn)比“凸”點(diǎn)變形量大，所以18?！?3＃觀測(cè)站較7＃～9＃觀測(cè)站變形量大，而軸部10?！?2＃觀測(cè)站變形量最大。

因此，根據(jù)大巷距煤層間距與礦壓顯現(xiàn)的關(guān)系，將底板大巷布置在煤層底板15m 范圍外可減小上覆煤層開(kāi)采的影響。同時(shí)，根據(jù)煤巖層形態(tài)與礦壓顯現(xiàn)的關(guān)系，將底板大巷布置在向斜兩翼，會(huì)減小巷道礦壓影響范圍。

圖5 31810工作面走向剖面

4.4 同等條件下跨巷開(kāi)采對(duì)底板巷道的影響比留煤柱開(kāi)采影響小

原3188工作面開(kāi)采，西大巷平均留設(shè)了25m 保安煤柱，但開(kāi)采后該地段巷道變形非常大，開(kāi)采后直接影響大巷正常運(yùn)輸，造成將該地段拱型錨網(wǎng)梯噴支護(hù)巷道削修為梯形金屬棚支護(hù)巷道，而31810工作面跨巷開(kāi)采后，該地段巷道的變形未影響到大巷正常運(yùn)輸。因此，比較分析認(rèn)為，同等條件下跨巷開(kāi)采對(duì)底板大巷的影響要小于留煤柱開(kāi)采的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次礦壓顯現(xiàn)分析，得出了炮采工作面開(kāi)采對(duì)底板巷道的部分礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為今后類似條件下工作面跨巷開(kāi)采提供了有利依據(jù)，為礦井、采區(qū)、工作面及主要運(yùn)輸巷道設(shè)計(jì)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。