禾草溝煤礦50111綜采工作面來(lái)壓觀測(cè)與預(yù)警

韓 浩

(禾草溝煤業(yè)有限公司，陜西 延安 717300)

0 引言

采煤工作面礦山壓力觀測(cè)就是定量研究開(kāi)采過(guò)程中礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為現(xiàn)場(chǎng)管理提供完善的資料[1-4]，指導(dǎo)工程實(shí)踐，解決工程問(wèn)題。開(kāi)展礦壓觀測(cè)可以掌握采煤工作面上覆巖層移動(dòng)規(guī)律、回采空間圍巖與支架相互作用關(guān)系，探究采動(dòng)引起的支撐壓力分布，尋求搞好工作面頂板管理的有效措施[5-6]。為此，對(duì)正在使用的支架適應(yīng)性進(jìn)行考察，即從頂板控制出發(fā)，對(duì)在既定條件下使用支架的架型、參數(shù)、特性和支護(hù)效果提出評(píng)定性意見(jiàn)；此外，可以根據(jù)圍巖條件及支撐壓力分布來(lái)確定工作面巷道斷面形狀、規(guī)格及支架參數(shù)，煤壁前方巷道超前維護(hù)距離；最后，根據(jù)工作面測(cè)定的周期來(lái)壓步距來(lái)預(yù)測(cè)停采位置頂板壓力，使停采位置避開(kāi)周期來(lái)壓以利于回收工作的開(kāi)展。

1 工程背景

禾草溝煤礦50111工作面北鄰已采50109工作面，南鄰50113工作面未采區(qū)。所采煤層為5號(hào)煤，直接頂為油頁(yè)巖，老頂為細(xì)粒砂巖，該工作面目前所采位置埋深220～270 m，煤層厚度2.42～2.49 m，煤層傾角0°～3°，無(wú)斷層及地質(zhì)構(gòu)造，水文條件相對(duì)簡(jiǎn)單，其工作面布置圖如圖1所示。50111工作面為綜采工作面，機(jī)頭端支架選用4架北煤ZYT8600/16/33D型液壓支架端頭支架，機(jī)尾選用3架北煤ZYG8600/16/33D型液壓端頭支架，該支架初撐力5 066 kN，支架工作阻力8 600 kN；中間基本支架145架，型號(hào)是北煤ZY8600/15/28型液壓支架，支架寬度為1 750 mm，移架步距為800 mm，該支架初撐力為5 066 kN，支架工作阻力為8 600 kN，工作面采用自然跨落法管理頂板。

圖1 50111工作面布置圖

2 礦壓觀測(cè)分析

2.1 觀測(cè)內(nèi)容

根據(jù)禾草溝煤業(yè)50111工作面的具體情況，并考慮到觀測(cè)的可行性，決定本次礦壓觀測(cè)的主要內(nèi)容為工作面支架支護(hù)載荷及工作面回風(fēng)順槽頂板離層儀的觀測(cè)。工作面支架支護(hù)載荷的觀測(cè)是采煤工作面礦壓觀測(cè)的重要部分，其觀測(cè)結(jié)果是確定頂板來(lái)壓特征的重要依據(jù)[7-8]，包括老頂周期來(lái)壓特征及來(lái)壓強(qiáng)度，其目的在于掌握所觀測(cè)工作面的圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為頂板分類、支架選型、確定頂板控制措施、確定停采線位置提供可靠依據(jù)[9-12]。工作面回風(fēng)順槽頂?shù)装逡平繒r(shí)確定超前段應(yīng)力集中區(qū)域、確定超前段支護(hù)距離，保證工作面安全生產(chǎn)。通過(guò)支架支護(hù)載荷的觀測(cè)可以確定基本頂初次來(lái)壓步距、頂板壓力的大小、周期來(lái)壓歩距，通過(guò)回風(fēng)順槽頂板離層儀確定超前段應(yīng)力集中區(qū)域、超前支護(hù)距離。基于觀測(cè)結(jié)果，對(duì)工作面有關(guān)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析，從而指導(dǎo)末采停采線位置。

2.2 礦壓觀測(cè)結(jié)果與分析

圖2 工作面上部選取支架工作阻力測(cè)定結(jié)果

圖3 工作面中上部選取支架工作阻力測(cè)定結(jié)果

圖4 工作面中下部選取支架工作阻力測(cè)定結(jié)果

3 周期來(lái)壓預(yù)測(cè)及安全預(yù)警

根據(jù)井下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～4，分析可得工作面來(lái)壓步距如下。

表1 工作面上部選取支架來(lái)壓歩距統(tǒng)計(jì) 單位:m

表2 工作面中上部選取支架來(lái)壓歩距統(tǒng)計(jì) 單位:m

表3 工作面中下部選取支架來(lái)壓歩距統(tǒng)計(jì) 單位:m

表4 工作面下部選取支架來(lái)壓歩距統(tǒng)計(jì) 單位:m

圖5 工作面下部選取支架工作阻力測(cè)定結(jié)果

工作面上部選取支架周期來(lái)壓平均歩距為11.19 m；工作面中上部選取支架周期來(lái)壓平均歩距為10.62 m；工作面中下部支架周期來(lái)壓平均歩距為10.94 m；工作面下部支架周期來(lái)壓平均歩距為10.99 m。整個(gè)工作面周期來(lái)壓步距在8.5～13.6 m之間，平均步距10.8 m。工作面整體來(lái)壓強(qiáng)度較低，來(lái)壓時(shí)工作面中下部100#支架周圍煤壁片幫現(xiàn)象較為嚴(yán)重，推進(jìn)過(guò)程中回風(fēng)巷壓力顯現(xiàn)較為明顯，頂板最大離層變化量為20 mm/d。根據(jù)工作面正?；夭善陂g周期來(lái)壓分析，工作面預(yù)定鋪網(wǎng)位置(推進(jìn)度1 356 m)處可進(jìn)行正常工作，工作面預(yù)定停采位置線(1 368 m)不處于周期來(lái)壓期間位置，因此可根據(jù)事先預(yù)定停采線位置停采。預(yù)測(cè)周期來(lái)壓位置如圖6所示，黑色區(qū)域代表預(yù)測(cè)周期來(lái)壓位置。

圖6 工作面周期來(lái)壓預(yù)測(cè)圖

4 結(jié)論

(1)工作面采動(dòng)應(yīng)力影響下，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制支架隨推進(jìn)距離的阻力曲線圖，得出支架平均阻力范圍約2 571～2 851.03 kN，依據(jù)來(lái)壓計(jì)算公式推算出不同階段的周期來(lái)壓大小為3 006.90～3 155.54 kN。

(2)依據(jù)實(shí)測(cè)支架阻力的峰值位置，推測(cè)出實(shí)際來(lái)壓步距，進(jìn)一步確定了基本頂破斷周期長(zhǎng)度，并對(duì)其未開(kāi)采煤體的周期來(lái)壓分布進(jìn)行預(yù)測(cè)，形成了多尺度下頂板災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)。

(3)依據(jù)50111綜采工作面的周期來(lái)壓預(yù)測(cè)應(yīng)力圖，在選擇該工作面停采線時(shí)巧妙地避開(kāi)了周期來(lái)壓期，最終設(shè)定合理的停采線，即工作面的1 386 m位置處。