21010綜采工作面采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

趙東亮

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)中岳煤業(yè)有限公司，山西 晉城048003）

工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律是指導(dǎo)采煤工作面安全回采的重要依據(jù)。在采煤過(guò)程中，可以依據(jù)來(lái)壓步距、來(lái)壓強(qiáng)度、超前支承應(yīng)力分布提前采取措施優(yōu)化支護(hù)體系，確保工作面回采安全〔1－2〕?！叭洝泵簩泳C采工作面與普通工作面不同，主要特點(diǎn)是頂?shù)装搴兔簩訌?qiáng)度低，頂板承載能力弱，故“三軟”煤層開(kāi)采的關(guān)鍵是確保支護(hù)體系的合理性和有效性〔3－4〕。開(kāi)采實(shí)踐表明，“三軟”煤層開(kāi)采更易出現(xiàn)煤壁片幫、支架端頭冒漏、回采巷道嚴(yán)重變形破壞等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象一方面突出了“三軟”煤層開(kāi)采安全問(wèn)題多，另一方面也凸顯了亟需采取措施來(lái)進(jìn)行“三軟”煤層煤壁和頂板管理〔5〕。張村煤礦所采煤層為山西組二1煤層。該煤層頂?shù)装鍘r性復(fù)雜，多為泥巖和炭質(zhì)泥巖，煤層軟弱，且遇擾動(dòng)易片落，屬于典型的“三軟”煤層。該礦井21010工作面為二水平一采區(qū)首采工作面，為了更好地指導(dǎo)該工作面安全回采，決定對(duì)該工作面進(jìn)行礦壓顯現(xiàn)實(shí)測(cè)。

1 工作面概況

21010工作面位于礦井二水平一采區(qū)北翼，是該采區(qū)首采工作面。工作面頂板標(biāo)高－434m～－439m，地面標(biāo)高32.5～34.7m。工作面南部為正在掘進(jìn)的21020工作面皮帶運(yùn)輸巷，東部為實(shí)體煤，北部為DF21斷層影響區(qū)，西部為采區(qū)下山。工作面開(kāi)采范圍內(nèi)二1煤層厚度3.4～5.2 m。煤層傾角12°～24°，平均為16.5°。煤層節(jié)理裂隙發(fā)育程度較高，含1～2層薄的夾矸，煤體易受礦壓和采動(dòng)擾動(dòng)作用出現(xiàn)片落。工作面?zhèn)雾敒楹?.5～0.75m的灰黑色泥巖，泥巖呈現(xiàn)碎塊狀，易在支架端頭冒漏；直接頂為厚2.4～3.5m的灰黑色炭質(zhì)泥巖～泥巖～砂質(zhì)泥巖，直接頂巖層呈層狀，裂隙發(fā)育高，隨采隨冒；基本頂為厚4.2～6.5m的砂質(zhì)泥巖～中粒砂巖，砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度低，易冒落，中粒砂巖致密性較高，是工作面穩(wěn)定巖體；直接底為厚1.2～2.4 m的泥巖～砂質(zhì)泥巖；基本底為2.2～3.5m的砂質(zhì)泥巖～中粒砂巖。根據(jù)工作面煤巖體概況可知，工作面屬于“三軟”煤層工作面。21010工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為960 m，傾斜長(zhǎng)度為129m，通風(fēng)方式為“一進(jìn)一回”式，采用綜合機(jī)械化開(kāi)采，頂板管理方式為全部垮落式。工作面采用86臺(tái)ZY4000－17／37型支架進(jìn)行采場(chǎng)支護(hù)，兩巷采用U36型鋼進(jìn)行支護(hù)，棚間距為0.6m。

2 礦壓觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

采用KJ127型礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)工作面液壓支架工作阻力進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。為充分了解21010工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，將工作面按采長(zhǎng)均勻劃分為上、中、下三個(gè)觀測(cè)區(qū)間，在各區(qū)間均勻布置3條測(cè)線，3條測(cè)線對(duì)應(yīng)的支架分別為7＃、20＃、30＃、40＃、50＃、60＃、70＃、80＃和86＃支 架。KJ127型礦壓監(jiān)測(cè)儀可以通過(guò)數(shù)據(jù)線直接將記錄的支架載荷值傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。本次觀測(cè)共持續(xù)2個(gè)月。同時(shí)，為了提高礦壓分析的準(zhǔn)確性，每班安排專人對(duì)煤壁片幫、支架安全閥卸載、頂板垮落、端頭冒頂?shù)痊F(xiàn)象進(jìn)行記錄，并每班將觀測(cè)結(jié)果上報(bào)至礦壓分析組進(jìn)行分析。21010工作面礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)線布置見(jiàn)圖1。

圖1 21010工作面礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置示意

3 礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 頂板來(lái)壓特征分析

根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，工作面推出切眼后，液壓支架平均工作阻力逐漸增高，直接頂隨采隨冒；當(dāng)推至距離開(kāi)切眼12～16m后，液壓支架工作阻力基本穩(wěn)定；隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，距離開(kāi)切眼20～24m時(shí)，液壓支架平均工作阻力陡然增大，支架后方采空區(qū)上方頂板有明顯的垮落聲響，說(shuō)明此時(shí)基本頂開(kāi)始垮落；基本頂初次來(lái)壓，初次來(lái)壓步距為20～24m。基本頂來(lái)壓期間，支架平均工作阻力為3242.5kN，為額定工作阻力的81.1%。隨著工作面持續(xù)推進(jìn)，支架平均工作阻力逐漸降低并逐漸趨穩(wěn)。當(dāng)距離開(kāi)切眼30～32m時(shí)，支架平均工作阻力再次達(dá)到峰值。伴隨著采空區(qū)上方頂板垮落，此時(shí)基本頂?shù)谝淮沃芷趤?lái)壓，來(lái)壓步距為8～10m，來(lái)壓期間支架平均工作阻力為3068kN，為額定工作阻力的76.7%。隨著工作面推進(jìn)，在距離開(kāi)切眼38～41m、48～51m、60～61m、69～73m等位置出現(xiàn)支架平均工作阻力峰值，說(shuō)明在此期間出現(xiàn)多次周期性來(lái)壓。來(lái)壓步距分別為8～9m，10m、10～12m和9～12m。結(jié)合第一次周期來(lái)壓數(shù)據(jù)可知，工作面周期來(lái)壓步距為8～12m。工作面初次來(lái)壓和周期來(lái)壓期間頂板壓力顯現(xiàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 21010工作面頂板來(lái)壓參數(shù)分析

由表1可知，21010工作面周期來(lái)壓期間支架初撐力為2164.1kN，僅為額定初撐力的70%，初撐力較低；最大工作阻力為4023.2kN，超出額定工作阻力1%；平均工作阻力為3214.2kN，為額定工作阻力的80.4%，說(shuō)明采場(chǎng)壓力不大，支架支護(hù)狀態(tài)較好，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)要求；平均動(dòng)載系數(shù)為1.76，來(lái)壓較平緩，符合“三軟”煤層頂板垮落特征；來(lái)壓持續(xù)時(shí)間較短，說(shuō)明頂板強(qiáng)度較低，易于折斷、垮落，不存在大面積懸頂來(lái)壓?jiǎn)栴}。

21010工作面液壓支架工作阻力分布見(jiàn)圖2。由圖2可知：工作面液壓支架工作阻力基本呈正態(tài)分布。液壓支架工作阻力主要分布在2000～3500kN范圍內(nèi)，約占總統(tǒng)計(jì)數(shù)的58.5%；分布在3500～4000kN范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)約占總統(tǒng)計(jì)數(shù)的11.2%；小于2000kN的統(tǒng)計(jì)數(shù)約占總統(tǒng)計(jì)數(shù)的30.2%；超出4000kN的統(tǒng)計(jì)數(shù)約占1%。根據(jù)各工作阻力區(qū)間所占統(tǒng)計(jì)數(shù)的百分比可知，工作面液壓支架初撐力普遍較低。分析原因認(rèn)為一是供液系統(tǒng)的“跑、冒、滴、漏”，二是支架工未按照操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行支架。由采場(chǎng)支護(hù)現(xiàn)狀和支架工作阻力分布可知，采場(chǎng)能夠得到有效支護(hù)，能夠保證工作面安全回采。

圖2 21010工作面液壓支架工作阻力分布

3.2 工作面宏觀觀測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，工作面煤壁片幫和端頭冒漏是礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的直接表現(xiàn)形式。在非來(lái)壓期間，工作面煤壁片幫率約占工作面傾斜長(zhǎng)度的24%，片幫規(guī)格（深度×高度）平均為0.32m×1.2m，基本分布在工作面中部和上部區(qū)域，頂板冒漏現(xiàn)象較少，僅出現(xiàn)在超高割煤和拉架滯后時(shí)。來(lái)壓期間，煤壁片幫程度明顯加劇，片幫率約占工作面傾斜長(zhǎng)度的46%，片幫規(guī)格（深度×高度）平均為0.87m×1.8m，端頭頂板冒漏較普遍，但冒漏范圍和程度較小。在來(lái)壓期間，支架工作狀態(tài)普遍較好，只有個(gè)別支架平衡千斤頂和立柱處安全閥出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象。支架立柱活柱下縮量觀測(cè)結(jié)果表明，來(lái)壓期間，支架立柱活柱下縮量普遍在11～14 mm范圍內(nèi)，約占總統(tǒng)計(jì)數(shù)的70%，超出14mm的約占統(tǒng)計(jì)數(shù)的9.6%，說(shuō)明支架立柱活柱下縮量并不明顯，支架支護(hù)狀態(tài)較好。

4 結(jié)語(yǔ)

21010工作面為二水平一采區(qū)首采工作面，屬于“三軟”煤層綜采工作面。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，掌握了該工作面礦壓顯現(xiàn)特征。工作面初次來(lái)壓步距和周期來(lái)壓步距分別為20～24m和8～12m；來(lái)壓強(qiáng)度分別為3242.5kN和3214.2kN，約占額定工作阻力的81.1%和80.4%。工作面支架工作阻力呈近似正態(tài)分布，主要分布在2000～3500kN范圍內(nèi)，約占總統(tǒng)計(jì)數(shù)的58.5%，超出額定工作阻力統(tǒng)計(jì)數(shù)較少，僅占1%。工作面煤壁片幫和端頭頂板冒漏與頂板來(lái)壓關(guān)系密切，來(lái)壓期間煤壁片幫率高于非來(lái)壓期間22%，端頭頂板冒漏趨于頻繁。鑒于21010工作面液壓支架初撐力普遍較低，為提高初撐力，需提高供液系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性以及改善支架工操作等方面。

〔1〕常 衛(wèi).興縣礦區(qū)綜采工作面的礦壓觀測(cè)〔J〕.山西焦煤科技，2006，（11）：16－20.

〔2〕王愛(ài)文，陳 鎣，張站濤.風(fēng)水溝煤礦綜采工作面礦壓觀測(cè)〔J〕.煤礦支護(hù)，2007，（4）：32－35.

〔3〕陳國(guó)忠.“三軟”綜采工作面片幫及冒頂?shù)姆乐巍睯〕.煤炭技術(shù)，2004，23（3）：42－44.

〔4〕孫平勇，李洪彪.上保護(hù)層開(kāi)采卸壓瓦斯治理技術(shù)研究〔J〕.江西煤炭科技，2014，（3）：77－80.

〔5〕趙 君.“三軟”煤層綜放工作面礦壓顯現(xiàn)特征分析〔J〕.煤礦開(kāi)采，2010，15（5）：86－88.