泉店煤礦薄基巖厚度影響頂板變形特征探究

曹廣遠 劉超 郟慧慧

摘 要：為了獲得薄基巖厚度與煤層開采頂?shù)装遄冃我?guī)律的關(guān)系，以河南泉店煤礦二1-14020工作面為研究對象，對工作面上、下順槽的移進量進行了現(xiàn)場實測。結(jié)果表明：（1）最大頂?shù)装逡七M量和最大兩幫移進量整體水平上隨基巖厚度增加而減小，但最大兩幫移進量整體變化不如最大頂?shù)装逡七M量整體變化明顯。（2）頂?shù)装逡七M量平均增長率和兩幫移進量平均增長率總體隨基巖厚度增加而減小，同時推測在一定基巖厚度區(qū)間內(nèi)，埋深是影響移進量平均增長率的因素之一，且移進量平均增長率與埋深呈正相關(guān)關(guān)系。（3）基巖厚度大，開采影響范圍相對較小。

關(guān)鍵詞：移進量;影響范圍;基巖厚度

1 引言

我國是煤炭大國，賦存著豐富的薄基巖煤炭資源。薄基巖煤層開采通常極易產(chǎn)生嚴重的巷道變形和形成劇烈礦山壓力。現(xiàn)今已有諸多理論或假說如砌體梁假說[1]和關(guān)鍵層理論[2]來解釋煤層開采的覆巖活動。薄基巖煤層因其不一定具有承載強度的巖層結(jié)構(gòu)，采煤工作面開采后，覆巖活動更加復(fù)雜，研究和掌握覆巖移動變形規(guī)律對采場和巷道支護、地表構(gòu)筑物保護等具有重要意義[3-7]。本文以河南泉店煤礦二1-14020工作面為工程背景，圍繞基巖厚度變化，對薄基巖煤層頂?shù)装遄冃芜M行分析，研究基巖厚度與頂?shù)装寮皟蓭鸵七M關(guān)系，以期為順槽的巷道支護設(shè)計提供一定的依據(jù)和指導(dǎo)。

2 工程背景

泉店煤礦14采區(qū)位于泉店煤礦西部，二1煤層露頭帶從西向東延伸，煤層覆巖厚度從北向南逐漸變厚，形成新近系含水層下壓煤。14采區(qū)地面標高為+114.9～+118.2m，井下標高為-343.1～-218.5m。地面對應(yīng)區(qū)域西部為新集和李素莊，東部為泉店村，二1煤層露頭帶從西向東延伸，煤層覆巖厚度從北向南逐漸變厚，形成新近系含水層下壓煤。14020工作面位于14采區(qū)北側(cè)靠近露頭帶二1煤層厚度2.13～7.2m，埋深297～450m，煤層上覆基巖厚度28～120m，煤系為厚層新生界松散層覆蓋。14020工作面北側(cè)緊鄰二1煤層露頭，煤層上部覆蓋基巖厚度0～120m，其中淺部30～40m為風化帶。煤系上部為新近系、第四系所覆蓋。本采面回采二疊系下統(tǒng)山西組下部的二1煤層，采面上順槽長度1209m（平距），下順槽長度1248m（平距），采面東側(cè)切眼長130m，上巷在掘進到S13點以西40m以外至于西切眼工作面長度56.7m（平距）。研究區(qū)工作面基巖等厚線如圖1。

二1-14020工作面使用自由垮落法管理頂板，局部鋪頂網(wǎng)。2018年底已試采約300m，至2019年2月中旬已開推采距離切眼約495m，其中2019年2月中旬至3月中旬停采，2019年3月中旬繼續(xù)開采。本次頂?shù)装逡七M量檢測點布置范圍在上順槽565-1165m尺點范圍內(nèi)，下順槽465-1165m尺點范圍，每隔50m布置。

3 覆巖變形規(guī)律分析

本工作面停采線如圖1所示，其中上順槽停采位置距離切眼約800m，下順槽停采位置距離切眼約820m。上、下順槽內(nèi)分別每隔50m設(shè)置1個測點，主要觀測上、下順槽各測點頂?shù)装寮皟蓭碗S工作面推進過程的移進量變化，監(jiān)測數(shù)據(jù)截止到上順槽推進至783.5m，下順槽推進至801.3m。

3.1 最大移進量變化規(guī)律

根據(jù)已取得的監(jiān)測點移進量數(shù)據(jù)，上、下順槽的最大頂?shù)装逡七M量及最大兩幫移進量分別如圖2、圖3所示。

由圖可知，最大兩幫移進量整體水平總體比最大頂?shù)装逡七M量稍大。此外除下順槽最大移進量在815m處遠高于附近位置外，上、下順槽在865m以外最大頂?shù)装逡七M量及最大兩幫移進量均處于低水平狀態(tài)，反映了未開采區(qū)域受開采影響較小，而在開采區(qū)域內(nèi)（上順槽783.5m以內(nèi)，下順槽801.3m以內(nèi)），上、下順槽的最大頂?shù)装逡七M量和最大兩幫移進量均相對處于較高水平。

同時在開采區(qū)域內(nèi)，上順槽565～665m基巖厚度在48～58m之間，低于附近64m的平均厚度，下順槽465～565m基巖厚度在68～102之間，低于附近118m的平均厚度，因此從圖中可看出在開采區(qū)域內(nèi)，最大頂?shù)装逡七M量整體水平隨基巖厚度增加有降低的趨勢，上順槽最大兩幫移進量整體水平隨基巖厚度變化不明顯。

為方便和進一步分析上、下順槽最大移進量變化規(guī)律，分別繪制如圖4、圖5所示的565-815m之間上、下順槽最大頂?shù)装逡七M量及基巖厚度變化和最大兩幫移進量及基巖厚度。由圖可知該范圍內(nèi)，上、下順槽基巖厚度變化均較平緩，且上順槽基巖厚度低于下順槽基巖厚度，而在最大頂?shù)装逡七M量整體水平上，則基巖厚度相對薄的上順槽有更高的移進水平;在最大兩幫移進量整體水平上存在與最大頂?shù)装逡七M量相似的規(guī)律，但不如其明顯。

3.2 移進量變化速度

根據(jù)開采范圍內(nèi)各個測點位置移進量隨開采推進過程變化的監(jiān)測數(shù)據(jù)，各測點頂?shù)装逡七M量變化如圖6和圖7。

由圖6和圖7可直觀地看出不同位置的頂?shù)装逡七M量在開采推進過程中，其增長趨勢和最大值各不相同，兩幫移進量變化與其類似，此處不再單獨作圖。

為更加清晰、具體地分析移進量變化規(guī)律，在此以平均增長率（最大移進量與移進量初始變化值的差值除以期間的開采距離）為指標探討移進量變化規(guī)律。對上、下順槽各測點基巖厚度與移進量平均增長率一一對應(yīng)，如表1所示，并根據(jù)表1分別繪制頂?shù)装逡七M量和兩幫移進量平均增長率與基巖厚度關(guān)系，如圖8、圖9。

由圖可以直觀地看出上順槽或下順槽頂?shù)装逡七M量平均增長率和兩幫移進量平均增長率均隨基巖厚度的增加有減小的趨勢，兩者呈負相關(guān)關(guān)系（圖中短劃線與點劃線）。將上、下順槽數(shù)據(jù)結(jié)合可以看出，頂?shù)装逡七M量平均增長率和兩幫移進量平均增長率隨基巖厚度增加均出現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢（圖中長劃線），從表1中下順槽的個別數(shù)據(jù)與上順槽數(shù)據(jù)對比也表現(xiàn)出這種趨勢，但總體上仍有隨基巖厚度增加而減小的趨勢。考慮到監(jiān)測區(qū)域下順槽埋深比上順槽埋深平均大45m左右，因此推測在一定基巖厚度范圍內(nèi)，埋深是造成移進量平均增長率趨勢產(chǎn)生變化的原因，且移進量平均增長率與埋深呈正相關(guān)關(guān)系。

3.3 開采影響范圍

本次監(jiān)測數(shù)據(jù)截止到上順槽推進至783.5m，下順槽推進至801.3m，非停采線位置，故影響范圍以上順槽783.5m為界，下順槽以801.3m為界，因此主要以開采區(qū)域外的監(jiān)測數(shù)據(jù)為研究對象。下圖為上、下順槽開采區(qū)域外測點位置移進量隨開采推進的變化趨勢。

根據(jù)各測點移進量變化圖可以直觀地看到上順槽從735m推進到783.5m期間，815m和865m測點處的頂?shù)装寮皟蓭鸵七M量明顯增加，915m處測點的頂?shù)装逡七M量明顯增加，兩幫移進量也明顯增加，但增加量不大，而915m之后測點的移進量變化基本維持不變，因而截止到推進至783.5m時，從數(shù)據(jù)上來看上順槽的影響范圍在783.5m到915m約130m的距離。同樣，下順槽從750m推進到800m期間，815m和865m測點位置的頂?shù)装寮皟蓭鸵七M量明顯增加，而其他測點位置的移進量基本維持不變，下順槽的影響范圍在801.3m到865m約65m的距離。

在此需要指出的是，測點每50m布置，因此具體的影響范圍并不確定，此處的數(shù)據(jù)只能用作定性分析影響范圍的大小。結(jié)合上、下順槽以上測點位置的基巖厚度，可以明顯看到上順槽該區(qū)域基巖厚度約65m，下順槽對應(yīng)區(qū)域的基巖厚度約130m。由此可發(fā)現(xiàn)基巖厚度大，開采影響范圍相對較小。

4 結(jié)論

通過以河南泉店煤礦二1-14020工作面為研究對象，對工作面上、下順槽的移進量實測數(shù)據(jù)分析，主要得到以下結(jié)論。

（1）煤層開采推進過程中，順槽最大頂?shù)装逡七M量和最大兩幫移進量整體水平上隨基巖厚度增加而減小。

（2）頂?shù)装逡七M量平均增長率和兩幫移進量平均增長率總體隨基巖厚度增加而減小。推測在一定基巖厚度區(qū)間內(nèi)，移進量平均增長率與埋深呈正相關(guān)關(guān)系。

（3）煤層開采推進的影響范圍受基巖厚度影響，基巖厚度大，開采影響范圍相對較小。

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