石拉烏素煤礦2- 2 上201 首采工作面礦壓規(guī)律研究

張?jiān)茖帲磐⒈?，宋先?/p>

（兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)南煤炭科技研究院分公司，山東 濟(jì)南 250000）

1 首采工作面及兩順槽概況

1.1 工作面位置

2- 2上201 工作面位于222 盤區(qū)西部，是石拉烏素煤礦回采的第一個(gè)綜采工作面。該工作面西部為設(shè)計(jì)的2- 2上201A 綜采工作面（未回采），南部到DP53H 油氣井保護(hù)煤柱停采，北部為切眼沿吉祥?；鬯卤Ｗo(hù)煤柱邊界布置，東部為設(shè)計(jì)的2- 2上202 綜采工作面（未回采）。

2- 2上201 工作面煤層底板標(biāo)高：+697.0～+686.5m，地面標(biāo)高：+1393.59～+1359.73m。

1.2 工作面參數(shù)、開(kāi)采技術(shù)條件及煤層賦存特征

1.2.1 工作面參數(shù)

2- 2上201 工作面面長(zhǎng)330m（兩順槽內(nèi)幫垂直平距），回采推進(jìn)長(zhǎng)度830.5m。

1.2.2 工作面煤層賦存特征

2- 2上201 工作面煤層賦存穩(wěn)定，煤層產(chǎn)狀整體變化不大，中部?jī)A角相對(duì)較大，兩端傾角相對(duì)平緩。煤層厚度變化較小，北部較薄，南部較厚，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大部分含1～2 層泥巖夾矸，個(gè)別鉆孔含3 層。2- 2上煤層和2- 2中煤層層間距由南向北逐漸增大，頂、底板特征如表1 所示。

工作面 2- 2上煤層厚度 4.39 ～6.49m， 平均5.43m，工作面煤層傾角0～3°，平均1°。

表1 煤層頂、底板參數(shù)表

1.3 工作面地質(zhì)構(gòu)造情況

2- 2上201 工作面煤層起伏變化較小，兩端相對(duì)平緩，中部?jī)A角較大，煤層走向以NNW 向?yàn)橹鳌８鶕?jù)煤層底板等高線分析，該面北部有一小背斜，對(duì)巷道掘進(jìn)影響較小。

1.4 工作面采煤方法

工作面選用走向長(zhǎng)壁采煤方法，一次采全高后退式回采（綜采工藝），頂板全部垮落。

2 首采工作面及兩順槽專項(xiàng)礦壓觀測(cè)方案

2.1 工作面礦壓觀測(cè)

2.1.1 工作面液壓支架支護(hù)阻力數(shù)據(jù)采集

利用液壓支架壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集工作面液壓支架支護(hù)阻力。通過(guò)對(duì)支架壓力數(shù)據(jù)采集分析，得出支架初撐力、工作阻力、時(shí)間加權(quán)阻力隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律，進(jìn)而分析得出工作面頂板初次來(lái)壓步距及強(qiáng)度、周期來(lái)壓步距及強(qiáng)度，以及工作面見(jiàn)方期間評(píng)價(jià)液壓支架對(duì)開(kāi)采煤層的適應(yīng)性。支架壓力數(shù)據(jù)收集分別在工作面中部、中上部、中下部各選2～3 組支架，每2～5 天自支架壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集一次。采集位置：工作面推進(jìn)280m～380m 范圍內(nèi)，采集時(shí)長(zhǎng)預(yù)計(jì)1 個(gè)月。

工作面礦壓統(tǒng)計(jì)觀測(cè)，包括采空區(qū)頂板冒落狀況、煤壁片幫深度、端面距及頂板完整狀況、安全閥開(kāi)啟等

每天通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、整理，結(jié)合支架壓力變化規(guī)律，綜合分析得出工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，評(píng)價(jià)支架的支護(hù)效果，指導(dǎo)工作面頂板管理。

2.2 工作面順槽礦壓觀測(cè)

2.2.1 工作面兩順槽圍巖變形觀測(cè)

在工作面兩順槽超前工作面切眼300m（1#）、330m（2#）、360m（3#）分別設(shè)置 3 組圍巖變形測(cè)站。每個(gè)測(cè)站設(shè)置一個(gè)觀測(cè)剖面，采用“十字”觀測(cè)法，分別觀測(cè)頂板下沉量、底鼓量、兩幫移近量及變形量，以此分析受采動(dòng)影響兩順槽圍巖變形規(guī)律，為工作面及兩順槽超前支護(hù)提供依據(jù)。巷道變形測(cè)點(diǎn)距工作面煤壁50m 以內(nèi)時(shí)，每天觀測(cè)一次，測(cè)點(diǎn)距工作面煤壁50- 100m 范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)測(cè)點(diǎn)變形情況，每1- 2 天觀測(cè)一次。

2.2.2 工作面超前支承壓力觀測(cè)

在工作面兩順槽采用鉆孔應(yīng)力計(jì)，觀測(cè)受采動(dòng)影響超前支承壓力分布規(guī)律，以此分析巷道應(yīng)力升高區(qū)、應(yīng)力峰值區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)的范圍及應(yīng)力集中系數(shù)，為工作面超前支護(hù)和沖擊地壓治理措施制定提供依據(jù)。

2.2.3 工作面兩順槽頂板離層、錨桿錨索受力觀測(cè)

利用掘進(jìn)期間設(shè)置的頂板離層儀和錨桿錨索測(cè)力計(jì)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)觀測(cè)，頂板離層儀、錨桿錨索測(cè)力計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置情況各觀測(cè)3 組。綜合整理分析，可得出工作面受采動(dòng)影響時(shí)的頂板離層變化及錨桿錨索受力變化規(guī)律，以評(píng)價(jià)巷道支護(hù)參數(shù)是否合理，為進(jìn)一步優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

3 首采工作面及兩順槽礦壓觀測(cè)

3.1 工作面直接頂垮落

工作面自推進(jìn)開(kāi)始便對(duì)頂板垮落情況進(jìn)行了全面觀測(cè)記錄。當(dāng)工作面推進(jìn)至12.8m 時(shí)，采空區(qū)頂板首先從11#架后開(kāi)始垮落，并逐漸向168#架（機(jī)尾）延伸，最大冒落高度3m，隨著工作面推進(jìn)，冒落高度逐漸加大。在工作面推進(jìn)至18.4m 時(shí)，直接頂除1- 3#架后未垮落，163- 165#架后未垮落外，其他架后均已垮落。由此，可確定工作面直接頂初次垮落步距為18.4m。

3.2 工作面老頂垮落

工作面直接頂初次垮落以后，隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，老頂懸頂距離逐漸增大，當(dāng)工作面回風(fēng)順槽推進(jìn)47.2m、膠帶順槽推進(jìn)49m 時(shí)，工作面礦壓顯現(xiàn)較平時(shí)有所增大，主要表現(xiàn)在支架支護(hù)阻力升高、煤壁片幫深度明顯增大，頂板伴有煤炮聲響，且淋水明顯增大。

綜合礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，工作面老頂初次來(lái)壓步距為53.6m，來(lái)壓期間礦壓顯現(xiàn)較明顯，來(lái)壓強(qiáng)度不高。主要原因一是工作面直接頂冒落比較充分，對(duì)老頂有較好的支撐作用。二是老頂為粉細(xì)砂巖，厚度21.43m，f=3.5，老頂抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，頂板壓力向工作面煤壁前方傳遞的程度相對(duì)較弱，故工作面來(lái)壓顯現(xiàn)強(qiáng)度不高。

3.3 工作面頂板周期來(lái)壓步距

工作面老頂初次來(lái)壓以后，隨工作面的繼續(xù)推進(jìn)，工作面頂板再次出現(xiàn)垮落，并周期性出現(xiàn)，這說(shuō)明該工作面的頂板能夠形成懸頂，并呈周期性垮落。工作面共連續(xù)觀測(cè)到五次周期來(lái)壓，周期來(lái)壓步距最大22.4m，平均19.7m，動(dòng)載系數(shù)最大1.25，平均1.23，來(lái)壓期間支架工作阻力平均14110kN/ 架。

3.4 工作面老頂來(lái)壓強(qiáng)度

動(dòng)載系數(shù)作為衡量工作面來(lái)壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，是老頂來(lái)壓時(shí)的支架載荷與非頂板來(lái)壓時(shí)的支架載荷的比值。該面周期來(lái)壓的動(dòng)載系數(shù)按循環(huán)末工作阻力平均為1.23，動(dòng)載系數(shù)不高，說(shuō)明該工作面頂板礦壓顯現(xiàn)不是很明顯，來(lái)壓強(qiáng)度不高。

表2 煤層頂、底板參數(shù)表

3.5 巷道礦壓觀測(cè)

3.5.1 巷道圍巖變形觀測(cè)

工作面推過(guò)回風(fēng)順槽1#測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)1#測(cè)點(diǎn)超前影響范圍為40m 左右，影響高峰區(qū)為15m 左右，頂、底板移近量累計(jì)203mm，移近速度最大19mm/d，平均7.63mm/d；兩幫移近量累計(jì)107mm，移近速度最大34mm/d ，平均5.85mm/d。圍巖變形曲線如圖1 所示。

表3 回風(fēng)順槽圍巖變形觀測(cè)表

圖1 回風(fēng)順槽1# 測(cè)點(diǎn)圍巖變形曲線

工作面推過(guò)回風(fēng)順槽2#測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)2#測(cè)點(diǎn)超前影響范圍為40m 左右，影響高峰區(qū)為15m 左右，頂、底板移近量累計(jì)96mm，移近速度最大17mm/d，平均5.05mm/d；兩幫移近量累計(jì)113mm，移近速度最大24mm/d ，平均5.95mm/d。圍巖變形曲線如圖2 所示。

圖2 回風(fēng)順槽2# 測(cè)點(diǎn)圍巖變形曲線

工作面推過(guò)回風(fēng)順槽3#測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)3#測(cè)點(diǎn)超前影響范圍為40m 左右，影響高峰區(qū)為15m 左右，頂、底板移近量累計(jì)203mm，移近速度最大15mm/d，平均4.65mm/d；兩幫移近量累計(jì)75mm，移近速度最大17mm/d ，平均3.75mm/d。圍巖變形曲線如圖3 所示。

工作面推至膠帶順槽1#測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)超前影響范圍為50m 左右，影響高峰區(qū)為20m 左右，頂、底板移近量累計(jì)209mm，移近速度最大22mm/d，平均9.29mm/d；兩幫移近量累計(jì)71mm，移近速度最大15mm/d ，平均4.83mm/d。圍巖變形曲線如圖4 所示。

圖3 回風(fēng)順槽3# 測(cè)點(diǎn)圍巖變形曲線

圖4 膠帶順槽1# 測(cè)點(diǎn)圍巖變形曲線

表4 膠帶風(fēng)順槽圍巖變形觀測(cè)表

工作面推至膠帶順槽2#測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)超前影響范圍為50m 左右，影響高峰區(qū)為20m 左右，頂、底板移近量累計(jì)116mm，移近速度最大21mm/d，平均9.47mm/d；兩幫移近量累計(jì)105mm，移近速度最大17mm/d ，平均6.17mm/d。巖變形曲線如圖5 所示。

圖5 膠帶順槽2# 測(cè)點(diǎn)圍巖變形曲線

工作面推至膠帶順槽3#測(cè)點(diǎn)。實(shí)測(cè)超前影響范圍為50m 左右，影響高峰區(qū)為20m 左右，頂、底板移近量累計(jì)144mm，移近速度最大19mm/d，平均9mm/d；兩幫移近量累計(jì)117mm，移近速度最大17mm/d，平均7.31mm/d。圍巖變形曲線如圖6 所示。

圖6 膠帶順槽3# 測(cè)點(diǎn)圍巖變形曲線

3.5.2 煤體內(nèi)部應(yīng)力觀測(cè)

經(jīng)分析膠帶順槽，受工作面采動(dòng)影響，煤體內(nèi)部應(yīng)力值超前工作面煤壁17～28m 開(kāi)始有較明顯變化，實(shí)測(cè)9m 深度各測(cè)點(diǎn)的最大值5.6MPa～9.6MPa，平均6.99MPa；15m 深度各測(cè)點(diǎn)的最大值 5.3MPa～8MPa，平均6.35MPa。

經(jīng)分析回風(fēng)順槽，受工作面采動(dòng)影響，煤體內(nèi)部應(yīng)力值超前工作面煤壁15～26m 開(kāi)始有較明顯變化，實(shí)測(cè)9m 深度各測(cè)點(diǎn)的最大值5.6MPa～9.6MPa，平 均 7.54MPa；15m 深 度 各 測(cè) 點(diǎn) 的 最 大 值5.6MPa～10.6MPa，平均 7.03MPa。

通過(guò)對(duì)兩順槽煤體內(nèi)部應(yīng)力數(shù)據(jù)分析表明，受工作面采動(dòng)影響，兩順槽煤體內(nèi)部應(yīng)力變化較小。

4 結(jié) 論

1） 實(shí)測(cè)2- 2上201 工作面直接頂初次垮落步距為18.4m，老頂初次來(lái)壓步距為53.6m，動(dòng)載系數(shù)1.08，周期來(lái)壓步距最大22.4m，平均19.7m，動(dòng)載系數(shù)1.23。工作面頂板屬礦壓顯現(xiàn)程度較明顯，強(qiáng)度不高的工作面。

2）回風(fēng)順槽受采動(dòng)影響，巷道圍巖變形超前影響范圍40m 左右，影響高峰區(qū)為15m 左右，應(yīng)超前20m加強(qiáng)支護(hù)。

3）膠帶順槽受采動(dòng)影響，超前影響范圍50m 左右，影響高峰區(qū)20m 左右，應(yīng)超前20m 加強(qiáng)支護(hù)。