濟(jì)三礦綜放面異常來壓礦壓實(shí)測研究

張 洋 陳本華

（兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號煤礦，山東 濟(jì)寧 272169）

濟(jì)寧三號煤礦坐落在濟(jì)寧市郊區(qū)，美麗的微山湖畔。南有微山島，北依濟(jì)寧市，西鄰微山湖，東望歷史名城、旅游圣地曲阜、泰安。東連京滬鐵路線，西通京九、京廣兩條鐵路大動(dòng)脈，南經(jīng)大運(yùn)直達(dá)江南蘇杭，北靠327國道。地勢平坦，地理位置優(yōu)越，交通暢通，運(yùn)輸便利。礦井瞄準(zhǔn)“中國第一，世界一流”目標(biāo)，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井，設(shè)計(jì)原煤年產(chǎn)800萬t，最終達(dá)到1000萬t。同時(shí)，利用礦井獨(dú)特的地理優(yōu)勢，把濟(jì)三煤礦建設(shè)成為一個(gè)集綠化、旅游、度假、觀光為一體的，具有獨(dú)特風(fēng)格的工業(yè)園林區(qū)。

1 工作面生產(chǎn)和技術(shù)條件

123下09工作面位于十二采區(qū)西部，西鄰八里鋪東斷層，東鄰123下08工作面（未準(zhǔn)備）,123下09工作面因沖刷無煤區(qū)而分為南、北兩個(gè)塊段：北段南以無煤區(qū)與123下09工作面（南）相隔，北至井田邊界煤柱；南段設(shè)計(jì)停采線南距北區(qū)回風(fēng)巷北幫100m，北以無煤區(qū)與123下09工作面（北）相隔。本工作面煤層分為兩段：北段煤層厚度3.00～5.54m，平均厚度3.95m。南段煤層厚度0.6～6.5m，平均厚度4.47m。北段煤層基本頂中砂巖，厚度29.58～33.94m，淺灰色-灰白色，成份以石英為主，長石次之，粘土質(zhì)膠結(jié)，無直接頂，直接底泥巖，厚度0.50～1.20m，基本底粉砂巖及粉細(xì)砂巖互層，厚度9.45～9.84m，粉砂巖：深灰色，塊狀，具水平層理，層面上有較多炭屑，易碎。 第一切眼共布置60組液壓支架，支架為ZFG9000/22/38型液壓支架，工作阻力為7083～7272kN，輔順超前支護(hù)采用液壓單體支柱配合1.0m一字梁沿巷道走向架設(shè)3路一字梁棚支護(hù)。膠順超前支護(hù)采用一組ZT24500/18/35型支架和液壓單體支柱配合3.8m“π”型鋼一梁三柱支護(hù)。

2 工作面礦壓顯現(xiàn)經(jīng)過

該工作面自2016年3月11日開始回采，推進(jìn)14.5m后頂煤開始垮落，推進(jìn)進(jìn)尺輔順33.5m、膠順31.5m，支架工作阻力開始緩慢增阻，整架工作阻力在3860kN左右，機(jī)頭區(qū)域有少量淺部1m左右頂板巖石垮落，推進(jìn)進(jìn)尺55m時(shí)，采空區(qū)頂板仍未垮落，出現(xiàn)大面積懸頂現(xiàn)象，推進(jìn)速度的減緩，采空區(qū)懸頂面積約4912m2，工作面煤壁片幫深度均在500～1100mm左右，支架平均阻力在4878kN，工作面煤炮聲響劇烈，支架立柱部分安全閥開啟，至此工作面停止生產(chǎn)，采取在工作面內(nèi)每隔5個(gè)支架打一個(gè)頂板深孔進(jìn)行爆破強(qiáng)制放頂措施，工作面恢復(fù)生產(chǎn)后，推進(jìn)8m采空區(qū)有一次壓風(fēng)現(xiàn)象。頂板大面積巖石冒落，有較大的煤炮聲響，采空區(qū)頂板垮落緊隨壓風(fēng)鼓出，巷道內(nèi)煤塵彌漫，頂板不斷有頂板震動(dòng)聲響，持續(xù)約10min。在18～21#支架前梁處出現(xiàn)少量淋水，面前方上覆巖層出現(xiàn)大的裂隙帶，表明基本頂開始出現(xiàn)裂隙，在采取強(qiáng)制放頂措施后，上覆巖層的整體性被破壞，割煤后移架對頂板的擾動(dòng)進(jìn)一步加劇了頂板巖層的垮落速度。推進(jìn)進(jìn)尺輔順69.5m，膠順67.5m。15～48#支架壓力積聚明顯，壓力較大，頂板開始大面積垮落，采空區(qū)頂板垮落時(shí)，形成兩次大的壓風(fēng)現(xiàn)象，此后頂板垮落逐漸趨于穩(wěn)定，工作面87%的頂板已全部垮落，來壓期間礦壓顯現(xiàn)主要是：煤壁片幫量較大，片幫深度約300～500mm，工作面安全閥開啟率為30%，支架整架平均阻力達(dá)5187.5kN，工作面平均推進(jìn)進(jìn)尺91.5m時(shí)壓力明顯減弱，礦壓顯現(xiàn)趨于正常，基本頂初次來壓結(jié)束?；卷敵醮蝸韷浩骄骄酁?6.5m，動(dòng)載系數(shù)1.13。

3 礦壓觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

3.1 工作面初次來壓期間壓力顯現(xiàn)特征一覽表

表1 工作面初次來壓期間壓力顯現(xiàn)特征一覽表

礦壓顯現(xiàn)技術(shù)數(shù)據(jù)特征：

（1）頂煤初垮：工作面推出切眼后，頂煤從工作面兩側(cè)開始垮落，初次垮落步距為14.5m。

（2）基本頂初次來壓：基本頂初次來壓步距為76.5m，來壓時(shí)煤壁片幫深度在500mm，支架增阻明顯，來壓期間整架平均阻力為4909kN/架，安全閥開啟率達(dá)30%。

（3）基本頂懸頂距離達(dá)65.5m，來壓期間工作面伴有多次壓風(fēng)現(xiàn)象。

3.2 工作面巷道圍巖變形分析

輔順巷道圍巖變形測點(diǎn)布設(shè)：第1測點(diǎn)布置在距切眼20m，第2測點(diǎn)布置在距切眼40m，以此類推，每隔20m布置一個(gè)測點(diǎn)，共布置4個(gè)測站。采用“十字”布點(diǎn)法。分別觀測巷道頂板下沉量、兩幫位移量及變形速度。巷道圍巖表面變形曲線圖如圖1所示。

圖1 巷道圍巖表面變形曲線圖

從觀測圍巖變形總體情況來看，從圖1可以看出，巷道圍巖變形較小，工作面超前壓力影響程度較弱，兩幫最大變形量為45mm，頂板最大下沉量為8mm，頂板下沉速度最大5mm/d，兩幫移近速度最大32mm/d，超前支承壓力明顯影響范圍約為20m。巷道圍巖初期變形較小原因主要是：工作面巷道均為實(shí)體煤巷道，受測壓影響較??；工作面傾向距離較短，回采初期推進(jìn)速度較快，基本頂運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)壓小且被甩向后方采空區(qū)側(cè)，所以工作面超前壓力對巷道的影響范圍較小，巷道兩幫的變形量及頂板的完整性變化不大。

3.3 頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖2 頂板動(dòng)態(tài)變化曲線圖

在工作面輔順超前段支設(shè)頂板動(dòng)態(tài)儀2臺(tái)，主要觀測頂板下沉速度及判斷頂板的初次斷裂位置。通過對頂板動(dòng)態(tài)曲線圖2分析，頂板在超前支承壓力的作用下，工作面頂板隨距煤壁的遠(yuǎn)近呈線性下沉，距煤壁15m，頂板下沉速度2.4mm/d，距煤壁5m，頂板下沉速度2.9mm/d。累計(jì)下沉量5.3mm，速度變化與巷道圍巖變形測點(diǎn)基本吻合。23日夜班1：29分頂板動(dòng)態(tài)儀出現(xiàn)拐點(diǎn)，距煤壁13.5m，讀數(shù)變小，此讀數(shù)變化表明了工作面頂板出現(xiàn)斷裂反彈現(xiàn)象，頂板斷裂持續(xù)時(shí)間8h，隨工作面的推進(jìn)，23日早班8：20分頂板恢復(fù)，在工作面臨近斷裂線時(shí)基本頂出現(xiàn)加速下沉的現(xiàn)象（23日早班-24日夜班）。

3.4 微震監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖3 微震監(jiān)測次數(shù)與能量曲線圖

工作面3月20日微震數(shù)據(jù)顯示有能量非常大的事件，與現(xiàn)場跟班人員統(tǒng)計(jì)的采空區(qū)頂板第一次大面積垮落時(shí)造成壓風(fēng)現(xiàn)象基本吻合。表明基本頂仍然未斷裂，這與頂板動(dòng)態(tài)儀觀測數(shù)據(jù)相一致，本次頂板垮落是采空區(qū)大面積懸頂時(shí)積聚的能量得到釋放的顯現(xiàn)，此后頂板的震動(dòng)次數(shù)在22日較多，震動(dòng)能量基本一致，這與基本頂斷裂來壓顯現(xiàn)過程基本吻合。

4 采空區(qū)大面積懸頂原因分析

4.1 地質(zhì)條件因素

（1）厚而堅(jiān)硬的基本頂巖層加大了頂板彎曲垮落難度。由于基本頂巖層較厚，平均厚度31.25m，f=8～10。巖層硬、厚無薄弱面，頂板的整體及完整性較好。

（2）工作面四周不受采空區(qū)上覆巖層活動(dòng)的影響，工作面內(nèi)無斷層構(gòu)造。

4.2 生產(chǎn)技術(shù)因素

（1）工作面初采推進(jìn)速度較快。推進(jìn)速度9m/d，最快速度13m/d。

（2）工作面為短壁工作面，傾斜長度只有88m，故基本頂?shù)某醮慰迓洳骄噍^長壁開采同等條件下要大。

（3）支架工作阻力在短壁綜放工作面快速推進(jìn)階段變化不大，支架增阻時(shí)間較短，致使工作面整體壓力變化不大，減少了上覆巖層的運(yùn)動(dòng)范圍。頂板下沉范圍和重量變小，基本頂運(yùn)動(dòng)時(shí)礦壓顯現(xiàn)影響明顯減弱。這是由于超前支承壓力在工作面的持續(xù)快速推進(jìn)下，基本頂運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)壓沖擊被甩向工作面后方采空區(qū)側(cè)，同時(shí)造成工作面采空區(qū)頂板大面積懸頂。

5 結(jié)語

（1）應(yīng)加強(qiáng)工作面支架及兩順槽支護(hù)質(zhì)量管理。支架初撐力必須達(dá)到規(guī)程要求，以提高工作面整體支護(hù)強(qiáng)度。加強(qiáng)支架對頂板的控制能力，有利于工作面頂板管理。

（2）控制好工作面推進(jìn)速度，推進(jìn)速度控制在5m/d以內(nèi)，勻速推進(jìn)，以加快采空區(qū)頂板的垮落速度。

（3）控制好采高，應(yīng)避免出現(xiàn)工作面采高偏低或偏高現(xiàn)象，頂板破碎區(qū)域應(yīng)采取措施加強(qiáng)支護(hù)。兩順槽采空區(qū)出現(xiàn)懸頂距離較大時(shí)，必須及時(shí)采取放頂措施。

（4）見方期間工作面高位巖層活動(dòng)范圍逐步擴(kuò)大，屆時(shí)工作面礦壓顯現(xiàn)將會(huì)增強(qiáng)，應(yīng)加強(qiáng)工作面及兩巷的支護(hù)質(zhì)量與頂板管理。