新元煤礦9108綜采工作面礦壓觀測(cè)分析

王逸寧

（山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600）

礦壓顯現(xiàn)規(guī)律是采礦工程研究的重點(diǎn)。煤層開挖后，覆巖在自身重力及其上方巖層的作用下發(fā)生運(yùn)移，進(jìn)而引起工作面一定程度的礦壓顯現(xiàn)[1-3]。因此，掌握工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律并據(jù)此指導(dǎo)工作面支護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)于礦井的安全高效生產(chǎn)具有重要意義[4-5]。本文以新元煤礦9108 綜采工作面為工程背景，采用礦壓觀測(cè)法對(duì)該工作面礦山顯現(xiàn)特點(diǎn)進(jìn)行分析探討。

1 概況

新元煤礦9108 綜采工作面位于一水平一采區(qū)，開采9#煤層，工作面標(biāo)高+570.5～+679.3 m，對(duì)應(yīng)地表標(biāo)高+1 092.5～+1 141.3 m，埋藏深度449.4～510.3 m。工作面煤層傾角為0°～8°，平均4°。煤層以亮煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育。煤層厚度1.1～3.3 m，平均2.77 m。工作面中部共布置134架ZY12000/22.5/45D液壓支架，上下端頭分別布置ZYG12000/22.5/45D型過(guò)渡支架1 架及ZYT12000/24/50D型端頭支架2 架。支架額定工作阻力為12 000 kN，設(shè)計(jì)初撐力9 600 kN。煤層直接頂以砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、泥巖為主，平均厚度約17.63 m，老頂為粉砂巖及粗砂巖，厚度約9.17 m，直接底為粉砂巖，平均厚度為1.2 m，老底為細(xì)砂巖，平均厚度為4.38 m，工作面頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 礦壓觀測(cè)及分析

2.1 礦壓觀測(cè)系統(tǒng)

在工作面支架上安裝尤洛卡公司生產(chǎn)的支架阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)9108 工作面推進(jìn)過(guò)程中支架工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。根據(jù)每個(gè)班次末支架阻力及對(duì)應(yīng)推進(jìn)位置繪制整個(gè)工作面液壓支架工作阻力云圖，圖例中顏色由藍(lán)色至紅色對(duì)應(yīng)于支架工作阻力由小到大，即頂板壓力由小到大。通過(guò)觀察支架工作阻力云圖顏色可以直觀地判斷頂板壓力分布及來(lái)壓范圍。

2.2 初次來(lái)壓特點(diǎn)

圖1為工作面初次來(lái)壓階段支架阻力分布圖。由圖1知，9108 工作面開采至至約40 m位置處時(shí)，1#～33#、56#～106#、115#～133#支架載荷處于較高水平，達(dá)到支架額定工作阻力的60%以上。因此，判斷9108 工作面老頂初次來(lái)壓步距約為40 m。由于初采期間采取了水力壓裂技術(shù)對(duì)開切眼上部頂板進(jìn)行了切頂卸壓，老頂初次來(lái)壓強(qiáng)度并不大，平均動(dòng)載系數(shù)為1.08。表明初采期間采用水力壓裂技術(shù)對(duì)老頂進(jìn)行切頂卸壓，有效地降低工作面的來(lái)壓強(qiáng)度，確保了工作面初采期間的安全。

圖1 工作面初次來(lái)壓階段支架阻力分布

2.3 周期來(lái)壓特點(diǎn)

為分析工作面周期來(lái)壓，選取工作面推進(jìn)0～400 m時(shí)間段支架阻力為研究對(duì)象，見圖2。由圖2可知，支架阻力呈現(xiàn)明顯的周期性特點(diǎn)，0～400 m范圍內(nèi)，工作面共經(jīng)歷11 次周期來(lái)壓，來(lái)壓步距最大為31.9 m，最小為12 m，平均為22 m。沿工作面推進(jìn)方向可將頂板壓力分為三個(gè)區(qū)域：

圖2 工作面周期來(lái)壓階段支架阻力分布

（1）低壓區(qū)，工作面開切眼到推進(jìn)距離100 m范圍。該區(qū)域內(nèi)工作面采動(dòng)不充分，支架工作阻力變化較小，基本低于7 000 kN。

（2）過(guò)渡區(qū)，工作面推進(jìn)距離100～300 m范圍。隨著工作面不斷向前推進(jìn)，采動(dòng)越來(lái)越充分，支架工作阻力不斷增加。

（3）高壓區(qū)，工作面推進(jìn)距離300 m后。工作面推進(jìn)300 m后，工作面達(dá)到充分采動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)，支架平均工作阻力基本在8 000 kN以上。

沿工作面布置方向，頂板壓力可分為5 個(gè)區(qū)域，從刮板輸送機(jī)機(jī)頭到機(jī)尾表現(xiàn)為低壓區(qū)、高壓區(qū)、低壓區(qū)、高壓區(qū)、低壓區(qū)的“馬鞍形”分布。

3 支架受力分析

3.1 初撐力

對(duì)9108 工作面支架初撐力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，工作面42.44%的支架初撐力表現(xiàn)為不合格，一半以上支架的初撐力沒(méi)有達(dá)到要求的支護(hù)強(qiáng)度，降低了工作面的支護(hù)效果。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)泵站壓力的管理，通過(guò)增大泵站壓力額定值及減少局部壓力損失等手段將工作面支架初撐力提高至額定工作阻力的80%。這樣可以有效控制工作面頂板的下沉，并且能夠最大程度的保持直接頂巖層的完整性，防止下位直接頂發(fā)生離層及冒頂?shù)葐?wèn)題。

3.2 工作阻力

工作面推進(jìn)過(guò)程中，液壓支架的工作阻力會(huì)受到煤層賦存條件、工人熟練程度等因素的影響而發(fā)生變化。正常情況下，支架工作阻力應(yīng)服從正態(tài)分布，即支架在多數(shù)情況下處于正常工作阻力狀態(tài)。根據(jù)回采期間支架工作阻力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出工作面不同區(qū)域液壓支架時(shí)間加權(quán)阻力。將支架工作阻力按照額定值的20%劃分為5 個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)不同區(qū)域支架工作阻力在各區(qū)間的分布情況，各支架工作阻力分布見表2。由表2可知，不同區(qū)域支架工作阻力分布基本一致，支架受力主要分布在正常區(qū)，達(dá)到76.1%，低阻區(qū)、高阻區(qū)分別為14.5%和9.4%，支架工作阻力分布屬于正態(tài)分布，工作面支架整體工作狀態(tài)較好。

表2 不同區(qū)域支架工作阻力分布

4 結(jié)論

1）9108 工作面初次來(lái)壓步距約40 m，周期來(lái)壓步距在12～31.9 m之間，平均為22 m。

2）工作面來(lái)壓在工作面布置方向及推進(jìn)方向均具有明顯的分區(qū)特點(diǎn)，沿工作面推進(jìn)方向可將頂板壓力分為低壓區(qū)、過(guò)渡區(qū)及高壓區(qū)，沿工作面布置方向，可分為5 個(gè)區(qū)域；從刮板輸送機(jī)機(jī)頭到機(jī)尾表現(xiàn)為低壓區(qū)、高壓區(qū)、低壓區(qū)、高壓區(qū)、低壓區(qū)的“馬鞍形”分布。

3）工作面支架一半以上初撐力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，需加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理；支架工作阻力分布屬于正態(tài)分布，其整體工作狀態(tài)較好。