斜井煤柱開采礦壓規(guī)律顯現(xiàn)分析

李俊斌

(淮南礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司)

斜井煤柱開采礦壓規(guī)律顯現(xiàn)分析

李俊斌

(淮南礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司)

以謝一礦4671B4斜井煤柱工作面為對象，通過現(xiàn)場實測，分析了該工作面礦壓規(guī)律。結(jié)果表明：工作面初次來壓步距為12.5 m，動載系數(shù)1.325；周期來壓步距平均為9.78 m，平均動載系數(shù)1.735；支架工作阻力基本滿足生產(chǎn)需求，超前支撐壓力影響30～60 m。為巷道超前支護提供了依據(jù)。

斜井煤柱 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 巷道位移

礦山開采中，為了保證主要巷道的服務(wù)年限，常常留有保護煤柱，而保護煤柱的開采不僅可以提高煤炭采出率，同時可以使巷道處于采空區(qū)卸壓范圍，確保煤炭安全高效開采[1-3]。

淮南礦區(qū)謝一礦已有近60 a的開采歷史，回采留存的斜井煤柱是該礦提高煤炭采出率的主要途徑。但隨著開采深度不斷增加，地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，工作面礦壓顯現(xiàn)更加劇烈，因此，對該礦4671B4斜井煤柱綜采工作面進行礦壓觀測，分析掌握礦壓規(guī)律，為圍巖控制及回采保護煤柱提供依據(jù)。

1 工作面概況

4671B4工作面南起Ⅲ-Ⅳ勘探線以南34 m，北至Ⅲ-Ⅱ勘探線以北6.0 m，上限標高-580.0 m，下限標高-670.0 m，平均走向長497 m，工作面長183 m。上、下階段B4煤層尚未掘進，北翼B4煤層已回采，南翼未回采；上覆B6煤層正在回采，下伏A3煤層未回采。風(fēng)巷布置在-600 m水平，機巷布置在-660 m水平。

2 礦壓實測

2.1 礦壓觀測點布置

采用FCH64-2型礦用本安型數(shù)字壓力計，沿工作面等距均勻安置10個測站，每個測站布置兩條測線，共測10架，分別安裝在工作面的第1，8，23，30，47，58，71，85，95，102架的兩個立柱上。在機、風(fēng)巷內(nèi)安裝4個機械式多點位移測計，分別在風(fēng)巷距工作面180，190，160，170 m處。機、風(fēng)巷頂?shù)装寮皟蓭捅砻嫖灰茰y點共10組，間隔5 m布置在煤壁前方200 m處。具體布置如圖1所示。

2.2 工作面礦壓觀測結(jié)果分析

除停采時間外，該觀測共計一個月。根據(jù)工作面支架載荷觀測數(shù)據(jù)，繪制支架載荷隨時間變化曲線。以47#支架為例，如圖2所示。

工作面第23#、47#、71#、95#支架分別推進到14.2，12.3，11.6，11.9 m時，支架載荷達到最大值，直接頂開始垮落。根據(jù)支架載荷隨時間變化曲線，

圖1 礦壓觀測測點布置

可得直接頂初次來壓步距平均為12.5 m，對應(yīng)的平均來壓支架載荷分別為23.7，28.6，25.2，33.2 MPa。

圖2 47#支柱載荷隨時間變化曲線

來壓前支架的平均載荷分別為21.75，25.49，21.45，24.34 MPa，由綜合測線結(jié)果可知，工作面直接頂垮落步距為19.2 m，來壓平均支架載荷為30.84 MPa，平時平均支架載荷為23.25 MPa，動載系數(shù)為1.325。4671B4工作面初次來壓特征見表1。

表1 初次來壓特征

初次來壓過后，隨著工作面推進，在上覆巖層載荷的作用下，基本頂巖梁所受荷載拉應(yīng)力超過巖體的抗拉強度時，就會呈現(xiàn)周期性斷裂失穩(wěn)現(xiàn)象[4]?，F(xiàn)依據(jù)礦壓實際監(jiān)測數(shù)據(jù)及周期來壓判別準則，分析工作面周期來壓規(guī)律[5]，見表2。

表2 周期來壓特征

2.3 沿工作面推進方向礦壓顯現(xiàn)特征

為合理確定工作面順槽支護形式、超前支護距離和有效控制底鼓提供依據(jù)，在4671B4工作面的兩巷中進行了巷道圍巖變形測試，如圖3所示。由圖3可知，巷道圍巖表面位移變化不大，頂?shù)装灞砻嫖灰平屏孔畲鬄?0 mm，兩幫表面位移近移量最大為38 mm。

圖3 巷道表面位移

隨著工作面的推進，巷道圍巖深部位移逐漸變大，說明這時在采動影響下，超前支承壓力的影響已明顯顯現(xiàn)出來，但變形速度較平緩。當(dāng)測點距采煤工作面煤壁近39.8 m后，各測點活躍，巷道圍巖運動急劇加快，位移迅速增加，進入超前支承壓力的強烈影響區(qū)域。當(dāng)距離工作面煤壁19 m時，各測點的最大變形分別可達到32，35，40，45，46，51 mm。如圖4所示。圍巖變形監(jiān)測表明：采動對工作面前方的影響范圍可以波及90 m以外；劇烈影響范圍為30～60 m。

圖4 巷道深部位移

2.4 支架工作阻力頻度分析

液壓支架工作阻力絕大部分分布在20～30 MPa，基本符合亞正態(tài)分布規(guī)律，如圖5所示。工作面平均工作阻力為22.8 MPa，最大工作阻力為39.7 MPa，分別為額定工作阻力的58.6%，102%，超過25 MPa的支撐力分布概率為17.5%，大部分支架工作阻力能維持在21～25 MPa。但在停采期間，由于頂板下沉，工作阻力達到39.7 MPa，超過額定工作阻力，不僅折損了支架壽命，同時還會降低支架的性能，建議停采時間不宜過長。

圖5 支架工作阻力分布頻率

3 結(jié) 論

(1)通過現(xiàn)場實測分析，得出4671B4工作面初次來壓步距為12.5 m、動載系數(shù)1.325、來壓前平均載荷23.25 MPa、來壓期間平均載荷30.84 MPa；工作面周期來壓步距平均為9.78 m、平均動載系數(shù)1.735。

(2)采動對工作面前方的影響范圍可以波及90 m 以外，劇烈影響30～60 m。據(jù)此，建議開采期間在4671B4工作面前方39.8 m 前開始對巷道進行超前支護。

(3)回采期間工作面工作阻力符合亞太分布，工作阻力平均為22.8 MPa，最大工作阻力位39.7 MPa，建議停采時間不宜過長。

[1] 宋振騏．實用礦山壓力控制[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1988．

[2] 譚云亮，吳士良，尹增德．礦山壓力與巖層控制[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2008．

[3] 陳炎光，徐永忻．中國采煤方法[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1991．

[4] 胡國偉，靳鐘銘．大采高綜采工作面礦壓觀測及其顯現(xiàn)規(guī)律研究[J]．太原理工大學(xué)學(xué)報，2006(2)：127-130．

[5] 柴 敬，侯樹宏，崔洪明，等.高韌性煤層綜放開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[J]．采礦與安全工程學(xué)報，2007，24(3):331-334.

Analysis on the Strata Behavior Regularity of Inclined Coal Pillar Mining

Li Junbin

(Huainan Mining Industry(Group) Co., Ltd.)

Taking the 4671B4 inclined coal working face as the research object, through field measurement, the pressure regularity of the 4671B4 working face is analyzed. The analysis results show that, the first pressure step distance is 12.5 m, dynamic load coefficient is 1.325; average periodic pressure step distance is 9.78 m, average dynamic load coefficient is 1.735; the working resistance of the support can satisfy the production requirements basically, advance support stress influence range is 40～60 m. The above research results can provide reference for advance roadway supporting.

Inclined coal pillar, Strata behavior regularity, Displacement of roadway

2015-02-02)

李俊斌(1964—)，男，教授級高級工程師，生產(chǎn)部副總工程師，碩士，232001 安徽省淮南市洞山中路1號。