淺談淺埋煤層初采礦壓規(guī)律分析

摘 要：通過(guò)神東煤炭集團(tuán)哈拉溝煤礦22410-1綜采面回采試驗(yàn)與觀測(cè)研究，探討淺埋煤層超長(zhǎng)大采高工作面的踹礦壓來(lái)壓規(guī)律。將工作面在初采時(shí)礦壓數(shù)據(jù)有選擇性的記錄下來(lái)，利用Excel軟件將觀測(cè)到的礦山壓力數(shù)據(jù)制成曲面圖表，將不同范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采用不同的顏色區(qū)分開(kāi)，通過(guò)顏色的變化確定頂板的初次來(lái)壓步距。從而弄清頂板初次來(lái)壓規(guī)律，為淺埋煤層超長(zhǎng)大采高工作面頂板控制提供較為可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：淺埋煤層 超長(zhǎng)大采高工作面 初采礦壓規(guī)律

來(lái)壓步距

引 言

淺埋深煤層大多分布于我國(guó)西部地區(qū)，其典型賦存特點(diǎn)是埋藏淺、基巖薄、覆蓋松散層厚[1]。我國(guó)西部淺埋深煤層近些年的開(kāi)采實(shí)踐表明，淺埋深煤層在開(kāi)采過(guò)程中，工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板巖層極易出現(xiàn)整體切落形式垮落，上覆松散層緊附基巖沿煤壁切落又會(huì)對(duì)工作面形成瞬間沖擊載荷，嚴(yán)重影響工作面安全生產(chǎn)。

了解長(zhǎng)壁綜采工作面頂板活動(dòng)規(guī)律對(duì)于井下生產(chǎn)安全、采場(chǎng)科學(xué)合理支護(hù)設(shè)計(jì)和管理具有重要的指導(dǎo)意義。淺埋煤層一般定義為埋深不超過(guò)150m，基載比小于1，頂板具有單一主關(guān)鍵層，來(lái)壓具有明顯動(dòng)載現(xiàn)象。

哈拉溝煤礦是神東礦區(qū)隸屬于神東煤炭公司的一座特大型現(xiàn)代化礦井，也是全國(guó)首座百人千萬(wàn)噸新模式礦井，實(shí)行一礦一井一面的高度集約化生產(chǎn)[4]。

1.1 初采期間的地質(zhì)概況

工作面位于22煤四盤區(qū)，綜采面長(zhǎng)度300m，推進(jìn)長(zhǎng)度2587.9m，設(shè)計(jì)采高5.0m，初采期間范圍內(nèi)，上覆基巖厚55～65m，松散層厚45～50m。煤厚5.3-5.7m，平均煤厚5.5m。煤層底板標(biāo)高1133～1144m，工作面整體負(fù)坡回采，工作面上覆無(wú)富水區(qū)。 工作面煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定型煤層，煤層傾向南西（軸向NE～SW），煤層傾角1～3°。

本面直接頂為中粒砂巖，厚度1.9m，灰白-灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理，含大量暗色礦物及植物葉莖化石。層理發(fā)育，下部致密，f=4。老頂為細(xì)粒砂巖，厚度9.47m，灰白-灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，含大量暗色礦物及植物葉莖化石，底部夾薄層砂質(zhì)泥巖呈細(xì)脈狀，f=3。直接底為頁(yè)巖，厚度3.5m，深灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理發(fā)育，遇水易軟化，f=3。

工作面回采范圍內(nèi)煤層老頂為細(xì)砂巖、粉砂巖，厚度7.68～9.35m，為中硬砂巖，屬中等垮落頂板；直接頂為細(xì)砂巖、粉砂巖，厚度2.09～2.11m，屬易冒落頂板。

工作面主要受孔隙水、上覆基巖裂隙水、鉆孔水的影響。第四系松散含水層主要以風(fēng)積沙為主，工作面為弱～強(qiáng)富水區(qū)，H39水文觀測(cè)孔含水層厚度20.07m，富水性強(qiáng)。

1.2 初采期間的礦壓規(guī)律

1.2.1 水壓預(yù)裂初次放頂工藝

根據(jù)神東礦區(qū)淺埋深、厚風(fēng)沙、薄基巖頂板巖層特征，老頂巖層在開(kāi)采過(guò)程中可視為具有單一關(guān)鍵層的薄板結(jié)構(gòu)。開(kāi)采初期，采空區(qū)頂板長(zhǎng)距離大面積空頂不易垮落，當(dāng)工作面推進(jìn)到極限時(shí)就會(huì)突然全部冒落造成的颶風(fēng)（高壓壓縮空氣流動(dòng)）給綜采面附近的通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)門、密閉等通風(fēng)設(shè)施造成很大的破壞，也會(huì)對(duì)工作面人員帶來(lái)傷害。為此需在采空區(qū)頂板上實(shí)施深孔預(yù)裂爆破，將直接頂和老頂巖層炸裂，通過(guò)改變頂板圍巖的結(jié)構(gòu)，人為干預(yù)老頂初次來(lái)壓垮落步距和來(lái)壓強(qiáng)度。

綜采面在回采前在切眼施工了水壓預(yù)裂孔。

1、采用橫向切槽的特殊鉆頭，預(yù)制橫向切槽，哈拉溝煤礦頂板巖層不屬于堅(jiān)硬巖石，無(wú)需實(shí)施開(kāi)槽作業(yè)。

2、利用手動(dòng)泵為封隔器加壓使膠筒膨脹，達(dá)到封孔目的。

3、連接高壓泵實(shí)施壓裂。

1.2.2 初次來(lái)壓規(guī)律

1、直接頂初次垮落過(guò)程

2、直接頂垮落特征分析

工作面切眼采用水預(yù)裂初次放頂，推進(jìn)10m左右直接頂開(kāi)始由中部向兩順槽方向逐漸垮落，垮落時(shí)間較快，出現(xiàn)輕微颶風(fēng)，產(chǎn)生的颶風(fēng)程度不能將人員吹倒，推進(jìn)16m左右除兩順槽三角區(qū)域未垮落外，工作面中部直接頂能夠全部垮實(shí)，工作面20-100架支架立柱壓力逐漸開(kāi)始普遍增大，出現(xiàn)壓力顯現(xiàn)，持續(xù)3.4m（4刀煤），工作面其他段無(wú)明顯礦壓顯現(xiàn)，直接頂垮落過(guò)程中工作面煤壁無(wú)片幫，支架立柱無(wú)下沉，安全閥未開(kāi)啟，頂板無(wú)淋水，但出現(xiàn)輕微漏矸現(xiàn)象，漏矸高度達(dá)200-400mm左右。大約向前推進(jìn)至28m左右兩順槽三角區(qū)也全部垮實(shí)，直接頂垮落完全。

結(jié)論：

直接頂在推采至10m開(kāi)始由中部向兩順槽開(kāi)始垮落，推進(jìn)至16m左右除兩順槽三角區(qū)域未垮落外，工作面中部直接頂能夠全部垮實(shí)，推進(jìn)至28m左右兩順槽三角區(qū)也全部垮實(shí)，直接頂垮落完全。直接頂垮落過(guò)程中工作面支架壓力最大45.7Mpa，平均壓力35.6Mpa，只在垮落1-2刀煤左右有礦壓顯現(xiàn)，來(lái)壓強(qiáng)度并不強(qiáng)烈，垮落時(shí)間較快，出現(xiàn)輕微颶風(fēng)，對(duì)生產(chǎn)無(wú)較大影響。

3、老頂初次垮落過(guò)程

1月17日0點(diǎn)班工作面累計(jì)推進(jìn)至41m處（機(jī)尾48m），老頂來(lái)壓初次來(lái)壓，持續(xù)5m，同時(shí)地表出現(xiàn)塌陷裂縫，裂縫寬度為300-600mm左右。地表塌陷情況見(jiàn)下圖3-1。

4、老頂初次來(lái)壓特征分析

工作面老頂初次來(lái)壓期間，工作面支架壓力大部分位于35～45Mpa之間，壓力在45Mpa以上的支架相對(duì)較少，壓力最大為46.2Mpa，老頂初次來(lái)壓期間支架阻力變化如圖3-2所示。

老頂垮落時(shí)有颶風(fēng)產(chǎn)生，風(fēng)勢(shì)還不能將立在煤壁的鐵鍬吹倒，支架安全閥基本無(wú)開(kāi)啟（支架立柱安全閥開(kāi)啟壓力為47.3MPa），工作面煤壁較硬，無(wú)明顯片幫現(xiàn)象，頂板未出現(xiàn)淋水，有嚴(yán)重漏矸現(xiàn)象出現(xiàn)，漏矸高度達(dá)300-500mm左右。

老頂來(lái)壓初次來(lái)壓后地表出現(xiàn)塌陷裂縫，裂縫寬度為300-600mm左右。工作面老頂來(lái)壓期間支架循環(huán)末阻力見(jiàn)圖3-3。

結(jié)論：

本次老頂初次來(lái)壓步距為44.5m（不含切眼寬度8.7m），來(lái)壓期間支架壓力最大為46.2Mpa，平均壓力37.8Mpa，非來(lái)壓期間平均壓力為32.5Mpa，動(dòng)載系數(shù)1.16。

老頂初次垮落期間礦壓顯現(xiàn)明顯，來(lái)壓強(qiáng)度不大，工作面煤壁無(wú)片幫，頂板未出現(xiàn)淋水，無(wú)較大颶風(fēng)現(xiàn)象，頂板出現(xiàn)嚴(yán)重漏矸現(xiàn)象，漏矸高度最大達(dá)500mm左右。

工作面支架配置液壓支架工作阻力為12000KN，工作阻力較大，支架安全閥基本無(wú)開(kāi)啟（支架立柱安全閥開(kāi)啟壓力為47.3MPa），無(wú)較大颶風(fēng)現(xiàn)象。

1.3 初次來(lái)壓規(guī)律及頂板控制技術(shù)

1、長(zhǎng)300m左右的工作面采用切眼水預(yù)裂工程控制直接頂初次垮落，直接頂會(huì)由工作面中部某處向兩順槽方向分段垮落，直接頂垮落時(shí)工作面會(huì)出現(xiàn)輕度颶風(fēng)，無(wú)較大壓力顯現(xiàn)，壓力顯現(xiàn)集中在工作面中部，回采過(guò)程中要加強(qiáng)人員安全管理，防止颶風(fēng)將人吹倒造成人員傷害。

2、長(zhǎng)300m左右的工作面直接頂在推進(jìn)10m左右開(kāi)始垮落，工作面中部垮落需要推進(jìn)16m左右，工作面兩順槽三角區(qū)完全垮落需推進(jìn)28m左右。

3、與同等地質(zhì)條件其它工作面相比，水預(yù)裂控制頂板垮落比常規(guī)裝藥放炮強(qiáng)放工藝?yán)享敵醮慰迓洳骄嗫s短（長(zhǎng)300m面老頂初次垮落步距為60m左右，本工作面為42m，均包含切眼寬度），工作面在初采時(shí)要結(jié)合本次來(lái)壓步距和工作面地質(zhì)條件分析老頂初次來(lái)壓步距及來(lái)壓強(qiáng)烈程度，有效指導(dǎo)工作面的初采工作。

4、根據(jù)工作面老頂來(lái)壓強(qiáng)度分析，工作面在正常推進(jìn)期間，無(wú)異常情況出現(xiàn)的情況下礦壓顯現(xiàn)不會(huì)很強(qiáng)烈，本工作面頂板在來(lái)壓過(guò)程中頂板破碎，要加強(qiáng)頂板管控，支架工移架后必須保證初撐力不低于252bar且接頂嚴(yán)密。

5、機(jī)頭段頂板完好的情況下必須將煤機(jī)停在距機(jī)頭15m處，并將滾筒降至底板，兩滾筒放平，并將煤機(jī)機(jī)身段刮板機(jī)適當(dāng)拉回，使煤機(jī)機(jī)身及刮板機(jī)均有一定的活動(dòng)自由度，以避免老頂?shù)拇竺娣e垮落對(duì)煤機(jī)造成沖擊損壞。

6、工作面來(lái)壓后，立即匯報(bào)調(diào)度室，由調(diào)度室安排相關(guān)部門檢查周圍巷道情況、通風(fēng)設(shè)施、周圍系統(tǒng)內(nèi)人員安全情況。

7、通過(guò)收回支架側(cè)護(hù)板對(duì)采空區(qū)進(jìn)行觀察，如果架后大面積懸頂時(shí)（面積達(dá)到300㎡）或冒落矸石填充高度小于2m，面積達(dá)到400㎡需采取架間二次放頂后方可繼續(xù)生產(chǎn)，運(yùn)順與回順端頭三角區(qū)出現(xiàn)懸頂面積達(dá)到1000㎡時(shí)，必須實(shí)施端頭二次放頂方可繼續(xù)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 岑傳紅.采場(chǎng)頂板控制及監(jiān)測(cè)技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

作者簡(jiǎn)介：陳俊民（1985-），男，陜西神木人，2009年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)工大學(xué)，助理工程師，現(xiàn)在在神東煤炭集團(tuán)哈拉溝煤礦綜采二隊(duì)工作。