近距離煤層同采工作面礦壓觀測分析及合理錯距研究

閆 宇 超

（山西義棠煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000）

0 前 言

義棠礦9201 及10201 工作面垂直布置，層間距為1.18m，10 號煤順槽外錯9 號煤順槽10m 布置。由于9、10 號煤進行同時回采作業(yè)，相對于單一煤層的開采礦山壓力的顯現(xiàn)會呈現(xiàn)出不同的特征，為了掌握9、10 號煤工作面同采時，不同錯距條件下工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、工作面圍巖穩(wěn)定情況、順槽超前變形情況，在工作面現(xiàn)場布置測站，并且對收集到的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行分析研究，以對同采工作面的礦壓規(guī)律及圍巖變形情況進行掌握。為工作面巷道布置及工作面錯距的確定提供指導(dǎo)。

1 觀測工作面概述

義棠礦9201 工作面采用綜合機械化采煤工藝，煤層厚度為1.13m，工作面選用MG200/448—BWD型采煤機，SGZ730/400 型中雙鏈刮板機、SZZ764/160型橋式轉(zhuǎn)載機，ZY3400/8.5/18 型液壓支架，支護寬度為1.42～1.59m，根據(jù)工作面的實際長度確定使用100架，該支架控制頂板的最小距離為4.1m，最大距離為4.7m。設(shè)計工作面的長度為150m，根據(jù)目前的生產(chǎn)狀況每日可截割6 個循環(huán)刀煤，每刀截深600mm，頂板采用垮落法進行管理。

10201 也是一個綜采工作面，煤層厚度為4.32m，采用一次采全厚的采煤方法，工作面采煤機型號為MG400/930-GWD，該采煤機截割深度為0.8m，刮板輸送機型號為SGZ800/1050，配合SZZ800/250 型轉(zhuǎn)載機一起使用，ZY6800/24/48 型液壓支架共設(shè)置114架，最大控頂距5173mm，最小控頂距為4373mm，過渡 支 架 為：ZYG6800/24/48， 端 頭 支 架 為：ZYD6800/24/48。在總長為170m 的工作面中每日可割3 刀煤，日推進度為2.4m，頂板采用垮落法自動垮落充填采空區(qū)。

2 現(xiàn)場觀測方案及測站布置

2.1 測點布置

1）每架支架必須安設(shè)壓力表對支架初撐力及工作阻力進行觀測，在9201 工作面共布置測線3 條，在工作面推進過程中實時記錄液壓支架上各測線數(shù)據(jù)的變化并通過對比分析對頂板的來壓步距進行確定。三條測線所在的支架為：1 號測線：5～7#；2 號測線：50～52#；3 號測線：93～95#。

2）同樣的在10201 工作面布置3 條測線，三條測線 所 在 的 支 架 為：1 號 測 線：10～14#；2 號 測 線：49～53#；3 號測線：98～102#。通過對收集到的液壓支架阻力數(shù)據(jù)變化，分析得出10201 工作面的頂板來壓步距。

（3）為了了解兩工作面順槽超前支護范圍內(nèi)圍巖的變形情況，分別在兩順槽的超前支護段內(nèi)以10m的間距均布測點，每條順槽內(nèi)的測點數(shù)為6 個。

（4）為了了解頂板的離層情況，頂板離層儀在順槽頂板以每50m 的間距設(shè)置一個，同時為了對順槽斷面的變形情況進行觀測，在同一位置設(shè)置觀測點。

2.2 觀測方法

1）支架初撐力及阻力觀測。將壓力表安裝于主要用于承載重量的立柱上，通過對壓力表數(shù)值變化的記錄來了解支架的初撐力及支護阻力的變化。

2）頂板動態(tài)觀測。通過在預(yù)設(shè)測點處對采煤高度、端面距、煤壁的片幫情況等的觀測來對頂板的變化情況進行了解。

3）支架幾何參數(shù)觀測。采用目測觀察，包括支架傾角、俯仰角、頂梁錯茬、架間距。

4）液壓支架活柱下縮量觀測。對測點的支架采用標記法進行觀測，使用鋼卷尺測量每次移架前后立柱行程，其差值即為活柱下縮量。

5）兩順槽超前支護質(zhì)量監(jiān)測。該部分的監(jiān)測主要包括兩個方面： 一是通過測壓計對單體柱壓力的監(jiān)測；二是時刻關(guān)注巷道圍巖的變形量及頂板的離層情況。

3 礦壓觀測數(shù)據(jù)分析

3.1 工作面支架工作阻力分析

3.1.1 9201 工作面

圖1 1#測線支架阻力變化曲線

圖2 2#測線支架阻力變化曲線

圖3 3#測線支架阻力變化曲線

9201 工作面液壓支架工作阻力監(jiān)測的時間為11.14～1.30，一共觀測79 天，工作面累計推進長度約為140m，每天監(jiān)測一次數(shù)據(jù)，共有79 個觀測數(shù)據(jù)。由工作面3 條測線處液壓支架的工作阻力統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可以得出9 號煤工作面的周期來壓步距。三條測線液壓支架隨時間的變化曲線如圖1～圖3所示。

由以上監(jiān)測數(shù)據(jù)圖表可以對各支架處的周期來壓步距進行了解，同時結(jié)合現(xiàn)場觀測現(xiàn)象得出，當(dāng)頂板來壓時液壓支架后柱的壓力要比前柱所受的壓力大的多，煤壁略微出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，在工作面的中部位置的較小范圍內(nèi)，支架受到頂板來壓沖擊較為明顯，其他部位頂板的壓力相對較穩(wěn)定，沒有對支架造成明顯沖擊，也未出現(xiàn)大面積冒頂、片幫。

結(jié)合9 號煤層工作面的推進度，可計算得到工作面頂板每次來壓的步距，9 號煤工作面來壓步距見表1。經(jīng)分析可知，9 號煤工作面周期來壓步距為12～20m，平均16.73m。

3.1.2 10201 工作面

10201 工作面液壓支架工作阻力監(jiān)測的時間為12.10～1.30，一共觀測51 天，工作面累計推進80m，每天監(jiān)測一次數(shù)據(jù)，共有51 個觀測數(shù)據(jù)。由工作面3 條測線處液壓支架的工作阻力統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可以得出10 號煤工作面的周期來壓步距。三條測線液壓支架隨時間的變化曲線如下圖4～圖6 所示。

結(jié)合10 號煤層工作面的推進度，可計算得到工作面頂板每次來壓的步距，10 號煤工作面來壓步距見表2。經(jīng)分析可知，10 號煤工作面周期來壓步距為3.25～12.35m，平均8.46m。

圖4 1#測線支架阻力變化曲線

圖5 2#測線支架阻力變化曲線

圖6 3#測線支架阻力變化曲線

表1 9201 工作面周期來壓步距統(tǒng)計分析表

表2 10201 工作面周期來壓步距統(tǒng)計分析表

圖7 所示為9201 及10201 工作面各支架的工作阻力，不同曲線表示不同天數(shù)時的支架工作阻力，對比分析可知，工作面支架工作阻力均呈現(xiàn)：中部＞下部＞上部的規(guī)律。

通過對10201 工作面頂板來壓情況的觀測可以發(fā)現(xiàn)，頂板來壓時工作面礦壓顯現(xiàn)較弱，受到的沖擊力不明顯，究其原因是由于9 號煤層被開采完畢之后，9、10 號煤層之間所夾的巖層較薄，當(dāng)10201 工作面的頂板垮落不能夠充滿采空區(qū)時，原先位于9 號煤層采空區(qū)中的矸石便會向下垮落充填進入10 煤層的采空區(qū)，此時便會引起9 號煤層冒落帶的高度再次向上發(fā)展。再加上9 號煤層開采后上覆巖層所行成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與10 號煤層還有一段距離，當(dāng)該結(jié)構(gòu)再次失穩(wěn)時，原先9 號煤層采空區(qū)的散落矸石便成為一個天然的緩沖層，減輕了對10 號煤層工作面的動壓沖擊力，故10 號煤層工作面礦山壓力緩和，受動壓影響較弱。義棠礦在實際生產(chǎn)中可以根據(jù)實際工作面頂板的來壓強度，對工作面錯距進行調(diào)整。

圖7 工作面支架阻力沿工作面長度方向變化曲線

3 工作面超前變形量分析

義棠礦為了得到同時滿足兩工作面安全回采的工作面錯距，在9201 及10201 工作面推進過程中，分別調(diào)整工作面的錯距為：大于78m；58～78m；48～58m；28～48m 四種布置方案，對兩工作面順槽的變形情況進行統(tǒng)計，主要對10 號煤工作面順槽的變形量進行統(tǒng)計，不同方案的巷道變形量見圖8～圖10。

圖8 不同錯距10 號煤順槽頂?shù)装遄冃瘟孔兓€

圖9 不同錯距10 號煤順槽兩幫變形量變化曲線

圖10 巷道最大變形量隨錯距變化曲線

經(jīng)過對以上圖表數(shù)據(jù)的分析，主要有以下結(jié)論：

1）錯距30m 左右時，10 號煤順槽位于9 號煤工作面后方的降壓區(qū)，10 號煤順槽圍巖變形不明顯，但由于受9 號煤自身和10 號煤工作面超前支承壓力的疊加作用的影響，巷道圍巖變形明顯；

2）隨著工作面錯距的變大，10 號煤工作面順槽受9 號煤工作面采動影響變小，10 號煤工作面順槽變形量較小，40m 左右時，10 號煤工作面順槽變形量最??；

3）工作面錯距大于50m 時，由于9 號煤工作面后方底板的破壞及應(yīng)力釋放，導(dǎo)致在此范圍內(nèi)的10號煤工作面順槽變形量增大，10 號煤順槽圍巖控制較為困難；

4）9、10 號煤工作面合理錯距的范圍為30～50m。

4 結(jié) 論

1）通過現(xiàn)場礦壓監(jiān)測得出9 號煤周期來壓為12～20m，平均16.73m；10 號煤周期來壓3.25～12.35m，平均8.46m。

2）分析不同錯距下10 號煤順槽圍巖變形數(shù)據(jù)可以得出當(dāng)兩工作面錯距在30～50m 時，圍巖變形量較小，可以滿足兩工作面同時安全回采的要求。