煤峪口礦81016綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

常建飛

（山西大同煤礦集團(tuán)有限公司煤峪口礦，山西 大同 037003）

1 工程概況

山西煤峪口礦位于山西曹家窯村西北部，屬山西同煤集團(tuán)旗下的煤礦。 該工作面北面與410 盤(pán)區(qū)相鄰，南至西山礦保護(hù)煤柱線，西面為410 盤(pán)區(qū)皮帶運(yùn)輸巷，東面與忻州窯礦采區(qū)相鄰。

煤峪口礦81016 工作面走向長(zhǎng)996 m， 傾向長(zhǎng)為136 m，開(kāi)采14#煤層，埋深為330 m。 14#煤層為近水平煤層，煤層厚度為1.0～2.4 m。 煤層頂板為細(xì)粉砂巖，直接底以粉砂巖為主，具有水平層理和波狀層理的深灰色細(xì)粒砂巖粉砂巖互層。

81016 工作面采用綜合機(jī)械化開(kāi)采， 平均采高1.83 m，選用ZY-3400/24 型液壓支架，端頭各布置3 架ZYG-3400/11/24 型過(guò)渡支架。采煤機(jī)采用液壓無(wú)鏈銷軌牽引，進(jìn)刀方式為端頭斜切進(jìn)刀。

2 礦壓監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)方案

通過(guò)對(duì)81016 工作面回采期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行研究，達(dá)到優(yōu)化開(kāi)采14#煤層工作面設(shè)計(jì)，提高工作面生產(chǎn)效率的目的[1-3]。

在81016 工作面上部、中部、下部三個(gè)區(qū)域共11 架支架設(shè)置1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)測(cè)站進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)。其中1 號(hào)測(cè)站距工作面運(yùn)輸巷25 m左右；2 號(hào)測(cè)站位于工作面中間區(qū)域；3 號(hào)測(cè)站位于回風(fēng)巷道25 m左右的區(qū)域。選擇在一號(hào)測(cè)站的16#、19#、22#三架液壓支架； 二號(hào)測(cè)站的59#、62#、65#、68#、71#五架液壓支架；3 號(hào)測(cè)站的102#、105#、108#液壓支架進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

在81016 工作面回風(fēng)巷道和運(yùn)輸巷道中各布置1#、2#兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)超前支承壓力分布規(guī)律，并且對(duì)支承壓力峰值的位置進(jìn)行判斷，從而達(dá)到合理確定超前支護(hù)的距離的目的。 兩個(gè)測(cè)站隨著工作面的推進(jìn)而保持移動(dòng)并且保證測(cè)點(diǎn)距工作面的距離在30 m以內(nèi)[4-5]。

2.2 支護(hù)強(qiáng)度分析

從81016 工作面距離開(kāi)切眼7.4 m時(shí)開(kāi)始進(jìn)行為期一個(gè)月的礦壓監(jiān)測(cè)， 收集工作面礦壓實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)檢測(cè)過(guò)程中礦壓顯現(xiàn)進(jìn)行記錄。 在一個(gè)月的觀測(cè)期間，工作面推進(jìn)123.6 m，發(fā)生來(lái)壓現(xiàn)象8次。 通過(guò)監(jiān)測(cè)3 個(gè)測(cè)區(qū)11 架液壓支架得到的數(shù)據(jù)，對(duì)工作面支架工作阻力、支架偏載情況以及工作面平均阻力的分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖1～圖3。

圖1 工作面上部測(cè)站支架載荷隨工作面推進(jìn)距離變化

圖2 工作面中部測(cè)站支架載荷隨工作面推進(jìn)距離變化

圖3 工作面下部測(cè)站支架載荷隨工作面推進(jìn)距離變化

根據(jù)上圖分析比對(duì)可知， 位于工作面上部的1號(hào)測(cè)區(qū)和下部的3 號(hào)測(cè)區(qū)測(cè)得的來(lái)壓載荷較為相似，而位于中部的2 號(hào)測(cè)區(qū)的載荷明顯大于其他兩個(gè)測(cè)區(qū)的載荷，由此可以得出煤峪口礦81016 工作面支撐壓力呈現(xiàn)出中間大，兩邊小的分布特點(diǎn)。 伴隨著工作面的推進(jìn)，每個(gè)液壓支架的支撐壓力都在發(fā)生著變化，但是在初始來(lái)壓之前，液壓支架的支撐壓力都低于液壓支架的額定支撐力。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可知，當(dāng)工作面推進(jìn)到42.1 m時(shí)，工作面直接頂發(fā)生斷裂，結(jié)合折線圖可知，此時(shí)3 個(gè)測(cè)區(qū)的液壓支架的支撐壓力出現(xiàn)明顯增加。 由此可以得出在老頂初次斷裂之前頂板活動(dòng)對(duì)支架壓力較小，伴隨著老頂斷裂，支架的支撐阻力增加。 當(dāng)周期來(lái)壓來(lái)到的時(shí)候，支架的支撐力出現(xiàn)明顯增加，在上部和中部的部分支架的支撐壓力超過(guò)了40.9 MPa。

2.3 基本頂來(lái)壓步距和強(qiáng)度

為了確定81016 工作面的基本頂?shù)膩?lái)壓步距和強(qiáng)度，通過(guò)下式進(jìn)行判斷。

式中：ps為來(lái)壓判據(jù),MPa為每個(gè)循環(huán)支架載荷平均值，MPa；s為方差。

圖4 工作面基本頂來(lái)壓判據(jù)

以現(xiàn)場(chǎng)收集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)情況為準(zhǔn)繩，結(jié)合周期來(lái)壓的現(xiàn)象可知直接頂初次冒落的步距為13.7 m。當(dāng)工作面推進(jìn)過(guò)程到42 m左右時(shí)，支架阻力增加較快，基本頂發(fā)生斷裂現(xiàn)象。 根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的情況，在基本頂初次來(lái)壓之前發(fā)生過(guò)兩次直接頂冒落；在基本頂初次來(lái)壓之后出現(xiàn)了7 次周期來(lái)壓現(xiàn)象。 由此可以推測(cè)出基本頂初次來(lái)壓步距為42.1 m左右，周期來(lái)壓步距平均為12 m。

在確定基本頂初次來(lái)壓步距以及周期來(lái)壓步距后，對(duì)工作面來(lái)壓強(qiáng)度進(jìn)行分析。

表1 81016 工作面來(lái)壓特征

基本頂周期來(lái)壓強(qiáng)度通常用動(dòng)載系數(shù)來(lái)表述，見(jiàn)式（2）。

式中：Q為支架動(dòng)載系數(shù)；P老為基本頂周期來(lái)壓最大平均阻力值，MPa；P平為基本頂非周期來(lái)壓期間阻力平均值，MPa。

對(duì)收集到的煤峪口礦81016 數(shù)據(jù)帶入上式進(jìn)行分析得出支架動(dòng)載系數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 支架動(dòng)載系數(shù)

從表2 可以看出，通過(guò)對(duì)煤峪口礦81016 工作面基本頂初次來(lái)壓和七次周期來(lái)壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，可以看到基本頂?shù)膭?dòng)載系數(shù)分布在1.15～1.40 之間， 整個(gè)觀測(cè)期間的動(dòng)載系數(shù)平均值為1.25。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)81016 工作面的來(lái)壓強(qiáng)度與其他礦山相比，來(lái)壓強(qiáng)度較小，而且都伴有周期來(lái)壓現(xiàn)象。 由此可以判斷81016 工作面頂板管理難度中等。

3 回采巷道超前支護(hù)分析

在工作面推進(jìn)過(guò)程中，81016 工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷的超前支護(hù)距離為30 m。 采用單體液壓支柱配合HDJB-1200 型鉸接頂梁進(jìn)行支護(hù)。 根據(jù)工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷各設(shè)置的兩個(gè)支護(hù)阻力測(cè)站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出圖5。

圖5 超前支護(hù)阻力與距離煤壁的關(guān)系

根據(jù)圖5 可知，在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷中巷道支撐阻力都經(jīng)歷從緩慢增加到急劇增加而后再次減少的過(guò)程。 在以上兩幅折線圖中線段的斜率反映出超前支護(hù)阻力增長(zhǎng)的速度，由此可知在回風(fēng)巷中支護(hù)阻力在10.5 m處達(dá)到峰值15.8 MPa，而后逐漸減小至7.3 MPa；在運(yùn)輸巷中在7 m處達(dá)到峰值24.5 MPa，而后逐漸減小至15 MPa。

由此可以得出81016 工作面的超前支承壓力在距煤壁4～10 m的范圍內(nèi)，隨著工作面推進(jìn)其影響的范圍是工作面前方25 m的區(qū)域。

4 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)對(duì)煤峪口礦81016 工作面的工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)工作面上、中、下部支架支撐壓力呈現(xiàn)中間大兩邊小的狀態(tài)；工作面周期來(lái)壓時(shí)支架動(dòng)載系數(shù)為1.15～1.4，平均值為1.25。 在對(duì)工作面基本頂初次來(lái)壓進(jìn)行分析可知，共監(jiān)測(cè)到7 次周期來(lái)壓，得出工作面基本頂周期來(lái)壓步距為12 m。

2）位于工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷中的測(cè)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)表明，巷道在工作面前30 m處收斂；距離工作面越近， 出現(xiàn)收斂數(shù)值先增加后減少的現(xiàn)象；且超前支承壓力在距煤壁4～10 m時(shí)達(dá)到峰值，其影響范圍為工作面前方25 m區(qū)域。