陸東煤礦C16-2 煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測分析

王 偉

（云南省恩洪煤礦，云南 曲靖 655005）

云南省煤礦數(shù)量眾多，但多為生產(chǎn)能力不高的小型礦井，對煤礦的科研投入較少，特別是對采煤工作面礦壓規(guī)律研究基本空白，工作面安全狀況較差。本文將對陸東煤礦C16-2煤層216-204W 回采工作面進(jìn)行礦壓觀測，采用現(xiàn)代觀測手段，研究恩洪礦區(qū)C16-2煤層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，不僅對陸東煤礦及恩洪礦區(qū)內(nèi)其他工作面開采的頂板管理提供借鑒，而且為機(jī)械化改造支架選型，三機(jī)配套等機(jī)械化開采提供科學(xué)依據(jù)。

1 工作面開采技術(shù)條件

陸東煤礦C16-2煤層頂?shù)装鍡l件相對較差，同時(shí)由于井田內(nèi)構(gòu)造相對復(fù)雜，斷層數(shù)量密集，進(jìn)一步破壞了頂?shù)装宓慕Y(jié)構(gòu)，從而造成頂?shù)装宸€(wěn)定性較差，經(jīng)實(shí)測C16-2煤層直接頂隨采隨落，屬1 類不穩(wěn)定頂板，底板分類為極軟弱底板。煤層頂?shù)装鍘r性特征見表1。

表1 C16-2 煤層頂?shù)装鍘r性特征

216-204W 回采工作面位于礦井+1770m 水平東翼采區(qū)，是一次采全高回采工作面，開采C16-2煤層，工作面走向長250m，平均傾向長131m，平均采高2m，工業(yè)儲量5.87 萬噸，可采儲量5.58 萬噸，工作面標(biāo)高（m）+1730-1760m；工作面采用走向長綜采采煤方法，全部垮落法管理頂板，落煤方式為機(jī)械落煤，循環(huán)進(jìn)度1.0m，工作面選用ZDL3200-1.4/2.2 型液壓支架，支撐高度為1.4～2.2m；該支架支護(hù)強(qiáng)度0.68MPa，初撐力2500kN，工作阻力3200kN，泵站工作壓力為30MPa，支架中心距1.5m，支架移架步距0.6m。

2 工作面礦壓觀測方案

該方案擬在陸東煤礦216-204W 采煤工作面及回采巷道內(nèi)布置觀測區(qū)，對工作面頂板垮落、超前支承壓力及巷道圍巖變形進(jìn)行礦壓觀測，從而得出該區(qū)域內(nèi)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

2.1 觀測方案的設(shè)計(jì)

工作面測區(qū)布置：采煤工作面設(shè)上、中、下三個(gè)測區(qū)。中部測區(qū)受兩端煤柱及開采情況影響較小，其礦壓顯現(xiàn)量最具代表性，故為重點(diǎn)測區(qū)，上、下兩個(gè)測區(qū)距區(qū)段平巷護(hù)巷煤柱的距離大于15m，分別設(shè)置1 條測線。

區(qū)段平巷測站布置：分別在工作面運(yùn)輸平巷和回風(fēng)平巷的超前支護(hù)范圍內(nèi)設(shè)置超前支承壓力觀測區(qū)、在回風(fēng)平巷靠近停采線方向設(shè)置巷道圍巖變形觀測區(qū)。

工作面及巷道觀測區(qū)布置如圖1 所示。

圖1 工作面、巷道觀測區(qū)布置

2.2 觀測內(nèi)容及方法

采用SY-40 型單體支柱工作阻力檢測儀來檢測單體支柱工作阻力；工作面頂?shù)装逡平坑娩摼沓咧苯訙y量，采用鐵錘將400～600mm 長的六棱釬分別打入頂板和底板作為基點(diǎn)；活柱下縮量的觀測一般與頂?shù)装逡平康挠^測同時(shí)進(jìn)行。

回采巷道超前支承壓力觀測以最外側(cè)一排單體支柱為觀測線（進(jìn)回風(fēng)巷各安裝一個(gè)），每回撤一排柱觀測一次，直至該觀測線回撤為止，然后又以最外側(cè)單體支柱重新設(shè)置觀測線，觀測到停采線結(jié)束。在回風(fēng)巷最外單體支柱旁安設(shè)一臺頂板動態(tài)儀，監(jiān)測超前支承壓力影響下頂板移近速度。

回風(fēng)巷內(nèi)巷道圍巖變形采用在巷道頂?shù)装寮皟蓭驮O(shè)置觀測基點(diǎn)。觀測儀器為鋼卷尺，在觀測區(qū)設(shè)置三個(gè)觀測站，分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。巷道變形測站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ斷面距工作面分別為30m、50m、80m。

3 工作面礦壓觀測結(jié)果及分析

觀測時(shí)間從2020 年7 月31 日開始，整個(gè)觀測期間216-204W 工作面共推進(jìn)50m。對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，分析工作面基本頂初次來壓和周期來壓步距與強(qiáng)度，支架工作阻力特征，超前支承壓力及巷道圍巖變形規(guī)律等指標(biāo)。

3.1 基本頂初次來壓步距及強(qiáng)度

從圖2 中可以看出當(dāng)216-204W 工作面推進(jìn)至距開切眼20m 左右位置時(shí)，工作面三條測線的支柱阻力出現(xiàn)急劇變化，同時(shí)，在圖3 工作面推進(jìn)至22m 時(shí)，頂?shù)装逡平棵黠@增加，最大下沉量達(dá)到410mm，證明該時(shí)刻發(fā)生了基本頂?shù)某醮蝸韷海? 條測線來壓距離不同步，其中靠近回風(fēng)巷15m 處初次來壓步距為20.3m，工作面中部初次來壓步距21.0m，靠近進(jìn)風(fēng)巷15m 外初次來壓步距為20.7m，216-204W 工作面初次來壓步距平均20.7m。

圖2 216-204W 采煤工作面支柱載荷與推進(jìn)距離關(guān)系曲線

圖3 216-204W 采煤工作面每循環(huán)頂?shù)装逡平颗c推進(jìn)距離關(guān)系曲線

從來壓強(qiáng)度上分析，工作面中部支柱載荷明顯比兩端支柱載荷受力要大，最大載荷達(dá)到86.3kN，平均來壓載荷為63.9kN，初次來壓動載系數(shù)為2.14，持續(xù)時(shí)間2～3d。

3.2 基本頂周期來壓步距及強(qiáng)度

從圖2 中工作面支柱載荷與推進(jìn)距離關(guān)系曲線分析得出216-204W 采煤工作面巷道中部周期來壓步距7.0～7.7m，平均7.3m。工作面靠近回風(fēng)巷側(cè)周期來壓步距7.0～9.8m，平均8.4m。工作面靠近進(jìn)風(fēng)巷側(cè)周期來壓步距7.4～9.0m，平均8.1m。216-204W 采煤工作面平均來壓強(qiáng)度為57.31kN，動載系數(shù)為1.91，來壓持續(xù)時(shí)間1～2d。

3.3 超前支承壓力分布規(guī)律

從圖4 可以得出，216-204W 采煤工作面壓力隨工作面推進(jìn)逐漸增大，當(dāng)增加到一定值時(shí)又突然卸壓。通過現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，由于底板強(qiáng)度偏低，無法承受頂板壓力，當(dāng)支柱壓力增加到一定值時(shí)，底板破壞，導(dǎo)致壓力卸載，支柱載荷降低，隨著頂板的下沉，壓力并未出現(xiàn)繼續(xù)增加的趨勢。圖中還表明C16-2煤層采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷比回風(fēng)巷壓力峰值增加位置更遠(yuǎn)，表明進(jìn)風(fēng)巷的超前支承壓力影響范圍更大，進(jìn)風(fēng)巷超前支護(hù)段最大壓力在12m 左右，回風(fēng)巷超前支護(hù)段最大壓力在8m 左右。

圖4 216-204W 采煤工作面超前支護(hù)載荷隨采動變化曲線

3.4 采動影響下巷道變形

通過對巷道變形進(jìn)行觀測來判斷采動影響對巷道的破壞范圍，從而確定超前支護(hù)段范圍。從圖5 分析來看，回采巷道受采動影響范圍為36m 左右，回風(fēng)巷頂?shù)装謇塾?jì)變形量比兩幫變形量要大，說明采動影響主要是對頂?shù)装逶斐捎绊懀绊懛秶鷱?2m 內(nèi)開始急劇變化，超前支護(hù)控頂范圍最低不得小于20m。

圖5 工作面回風(fēng)巷巷道累計(jì)變形量與工作面推進(jìn)距離關(guān)系曲線

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析得出，陸東煤礦C16-2煤層216-204W 采煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律如下：

（1）工作面初次來壓步距上部為20.3m，中部21.0m，下部20.7m，平均20.7m，初次來壓期間最大載荷86.3kN，動載系數(shù)為2.14，持續(xù)時(shí)間2～3d。

（2）工作面周期來壓平均步距8.1m，平均來壓強(qiáng)度為57.31kN，動載系數(shù)為1.91，來壓持續(xù)時(shí)間1～2d。

（3）工作面超前支承壓力進(jìn)風(fēng)巷影響范圍更大，進(jìn)風(fēng)巷超前支護(hù)段最大壓力在12m 左右，回風(fēng)巷超前支護(hù)段最大壓力在8m 左右。

（4）回采巷道受工作面采動最大影響范圍為36m，216-204W 工作面劇烈影響范圍為27m，超前支護(hù)范圍最低不小于20m。