堅(jiān)硬頂板弱化條件下礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

李鵬

【摘 要】 本文主要通過在8315綜采工作面中液壓支架布置壓力傳感器對(duì)石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板預(yù)裂弱化處理后的頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)，并采用動(dòng)壓系數(shù)作為判斷頂板來(lái)壓強(qiáng)弱的指標(biāo)，主要得到如下結(jié)論：上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板預(yù)裂處理后，直接頂巖層的初次垮落會(huì)伴隨著不同程度的煤壁片幫現(xiàn)象的發(fā)生，石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板弱化處理后的初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距分別為18 m和13.1 m，平均動(dòng)載系數(shù)分別為1.74和1.72。

【關(guān)鍵詞】 堅(jiān)硬頂板;預(yù)裂弱化;礦壓顯現(xiàn)

【中圖分類號(hào)】 TD32 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2019）05-0001-02

由于煤層賦存條件不同，煤層上覆直接頂巖層也會(huì)呈現(xiàn)出不同的巖性特征。當(dāng)堅(jiān)硬頂板的懸露面積達(dá)到極限時(shí)，采空區(qū)后部的堅(jiān)硬頂板就會(huì)出現(xiàn)集中垮落，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的煤礦動(dòng)壓現(xiàn)象，造成工作面生產(chǎn)設(shè)備和工作人員的大量損傷和傷亡事故。

1礦井概況

山西某礦8315工作面主采3#煤層，煤層平均厚度2.85m，平均傾角約為6°，采用綜合機(jī)械化開采煤方法進(jìn)行回采，綜采工作面沿煤層走向布置，采用全部垮落法對(duì)已采工作面采空區(qū)的堅(jiān)硬頂板進(jìn)行管理。煤層上覆直接頂巖層為厚度為5.65m的石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板，石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板賦存比較穩(wěn)定，局部伴有厚度為0.2m的薄煤層，是8315工作面頂板巖層賦存特征的主要標(biāo)志。工作面基本頂巖層為細(xì)粒砂巖與粉砂巖交互層，其中含不穩(wěn)定、厚度約為0.15m的薄煤層，平均厚度約為5m。3#煤層底板巖層為炭質(zhì)泥巖，呈黑灰色，平均厚度約為5m，8315綜采工作面煤層賦存柱狀圖如圖1所示。

2觀測(cè)方法及測(cè)點(diǎn)布置

8315綜采工作面為該礦主采工作面，為探究在綜采工作面切眼內(nèi)部頂板預(yù)裂對(duì)頂板巖層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的影響，即反映頂板預(yù)裂后的處理效果是否理想，為此在該綜采工作面的10架液壓支架立柱上安裝10臺(tái)壓力傳感器，分別安裝在10#、20#、30#、40#、50#、60#、70#、80#、90#和100#液壓支架立柱上。壓力傳感器均布置在綜采工作面液壓支架前柱上。壓力傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)采集并上傳至地面調(diào)度室，并將觀測(cè)結(jié)果及時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

3觀測(cè)結(jié)果

在綜采工作面回采過程中，工作面內(nèi)部液壓支架受到的工作阻力數(shù)值是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的數(shù)值，在頂板來(lái)壓前后，綜采工作面中液壓支架立柱上的工作阻力將會(huì)發(fā)生明顯變化。

3.1頂板初次來(lái)壓

由觀測(cè)結(jié)果可知，8315綜采工作面石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板的初次來(lái)壓在整個(gè)綜采工作面長(zhǎng)度范圍內(nèi)的分布存在差異，即綜采工作面中部石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板的初次來(lái)壓步距較大。石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板的初次來(lái)壓步距約為18m，初次來(lái)壓步距的影響周期約為15h。當(dāng)綜采工作面推進(jìn)到17.5m左右時(shí)，綜采工作面中液壓支架受到的工作阻力明顯增加，石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板內(nèi)部還會(huì)出現(xiàn)明顯“咔嚓”的聲音。當(dāng)綜采工作面推進(jìn)至18m時(shí)，石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板內(nèi)部出現(xiàn)“咔嚓”的聲音更加明顯，綜采工作面中液壓支架基本全部達(dá)到工作阻力。當(dāng)綜采工作面推進(jìn)至22m時(shí)，石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板內(nèi)部“咔嚓”的聲音顯著降低，至此，可以認(rèn)為綜采工作面初次來(lái)壓基本完成。在石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板的初次來(lái)壓過程中，在綜采工作面推進(jìn)到18m時(shí)，支架立柱的動(dòng)載系數(shù)的平均值約為1.74，各觀測(cè)點(diǎn)上動(dòng)載系數(shù)值如圖2所示。同時(shí)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，當(dāng)石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板發(fā)生初次來(lái)壓時(shí)，綜采工作面前放煤壁會(huì)出現(xiàn)不同程度的煤壁片幫現(xiàn)象，煤壁片幫現(xiàn)象大致出現(xiàn)33#液壓支架與88#液壓支架之間，煤壁片幫的深度為0.1m～0.48m。

3.2頂板周期來(lái)壓

8315綜采工作面在石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板發(fā)生初次來(lái)壓之后，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理了3次工作面上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板周期來(lái)壓過程中的平均動(dòng)載系數(shù)，觀測(cè)結(jié)果如圖3所示。

工作面周期來(lái)壓影響范圍與平均周期來(lái)壓步距如圖4所示。

由圖3和圖4可知：

（1）8315綜采工作面上部上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板巖層的平均周期來(lái)壓步距約為10.9m;8315綜采工作面中部上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板巖層的平均周期來(lái)壓步距約為13.2m;8315綜采工作面下部上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板巖層的平均周期來(lái)壓步距約為12.3m。

（2）通過整理統(tǒng)計(jì)可知，8315綜放工作面頂板周期來(lái)壓過程中，工作面上部、中部和下部的液壓支架立柱的平均動(dòng)載系數(shù)分別為1.69、1.74和1.71。

（3）8315綜放工作面頂板周期來(lái)壓過程中，周期來(lái)壓對(duì)工作面上部、中部和下部的影響范圍分別為1.6、1.9和1.8。

（4）通過上述分析可知，8315綜采工作面整個(gè)范圍內(nèi)上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂巖層的周期來(lái)壓步距約為12.5m～13.7m，平均周期來(lái)壓步距約為13.1m，影響范圍約為1.78m，支架立柱的平均動(dòng)載系數(shù)約為1.72。

4結(jié)論

本文通過采用在8315綜采工作面內(nèi)的10架液壓支架上布置壓力傳感器，對(duì)8315綜采工作面切眼內(nèi)對(duì)石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板預(yù)裂弱化處理后的頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)，并采用動(dòng)壓系數(shù)作為判斷頂板來(lái)壓強(qiáng)弱的指標(biāo)，主要得到如下結(jié)論：8315綜采工作面上覆石灰?guī)r堅(jiān)硬頂板處理后，直接頂巖層的初次垮落會(huì)伴隨著不同程度的煤壁片幫現(xiàn)象的發(fā)生;整個(gè)工作面的初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距分別約為18m和13.1m;平均動(dòng)載系數(shù)分別約為1.74和1.72。

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