新陽煤礦近水平薄煤層綜采工作面礦壓顯現規律研究

李 立

（汾西正暉煤業有限責任公司，山西省忻州市，034000）

1 工作面概況

7321工作面標高＋665～690m，地面標高＋850～930m，走向長750m，傾斜長110～180m，煤層平均厚度為1.35m，傾角7°，屬近水平薄煤層。工作面采用長壁式綜合機械化采煤，自然垮落法管理頂板，采高為1.35m，開采二疊系山西組3＃煤層。煤層頂板為泥巖，直接底為灰色中砂巖，具體情況見表1。

因該工作面與上覆2＃煤層的層間距僅為9～10m，礦山壓力顯現較大，因而在支護時采用窄輕型支架。通過對工作面進行系統的礦壓監測與分析，可以分析在薄煤層中運用窄輕型支架和實行綜合機械化開采技術條件下的礦山壓力特征，掌握頂板運移、損傷、破壞規律及在上覆煤層采動影響下的礦壓顯現特點，進而提出合理的應對措施，達到高效合理開采和綜合機械化安全生產的目的。

表1 新陽煤礦7321綜采工作面煤層巖性特征

2 工作面礦壓觀測方法及站點布置

根據7321綜采工作面的煤層狀況、頂底板條件、巷道布置、水文地質情況、采煤方法及支護方式等因素，選用YHY60（B）礦用本安型數字壓力計連續觀測液壓支架立柱載荷大小，計算支架的初撐力、工作阻力、時間加權平均工作阻力和支護強度等參數，統計支架的工作特性曲線及不同時段壓力－時間曲線中各類型的百分比，由此分析綜放工作面頂板支撐壓力的性質與大小，支架在各個時段的支撐狀態及對頂煤、頂板的適應性等特征。

7321工作面初期共安設了10套觀測儀器，從第3架支架開始安裝，每隔10架安裝1套儀器，即在3＃、13＃、23?！?3＃支架的左右立柱上安裝。為方便對整個工作面進行分析，將10套觀測儀器按其在工作面的位置，分成上部、中部、下部3組進行連續觀測。

3 工作面初采期間支架載荷觀測結果與分析

通過對7321工作面進行的300個循環變量的礦壓觀測，得到工作面初次來壓特征統計表，見表2，同時將上、中、下各部分支架載荷的平均值繪制成曲線圖，見圖1。

表2 7321工作面初次來壓特征統計表

由表2可知，來壓前各組的平均載荷依次為2795kN／架（上部）、2598kN／（中部）和2649 kN／架（下部），初次來壓期間的最大載荷平均值則相應升高為3358kN／架、3362kN／架和3380 kN／架，來壓動載系數分別為1.2、1.29和1.28。工作面上部、中部和下部支架的綜合平均結果為來壓前2681kN／架，來壓期間3367kN／架，來壓動載系數為1.26。

由圖1可以看出，工作面開采后隨著推進距離的加大，頂板的彎曲下沉導致支架載荷逐漸增加。直接頂的初次垮落步距為12.6～13.4m，平均13 m。直接頂板垮落期間實測的支架載荷增幅較大，支架載荷為2000～2600kN／架，是直接頂初次垮落前平時支架載荷的1.19倍。總體來看，工作面直接頂初次垮落過程中的支架平均載荷不大，僅有2569.7kN／架。

圖1 7321工作面支架平均載荷變化曲線圖

工作面開采至第13日時，觀測到支架載荷的增大現象，能聽見老頂清脆的斷裂聲音，工作面煤壁片幫嚴重，45?！?0＃支架區域的直接頂板冒落，造成機道風流風速加大，回采巷道前方支承壓力變化劇烈、頂板變形顯著，巷幫片幫嚴重。這反映的是采場老頂（基本頂）的初次來壓過程，它是工作面的老頂破斷失穩造成的。由巷道來壓預報測站采集數據進行分析，得知此時的頂板動態儀來壓反映最為明顯，其中第13日凌晨，I3頂板動態儀處的頂板出現了加速下沉現象，I1和I2頂板動態儀處的頂板出現反彈，反彈量分別為2.92mm和1.92 mm，而第15日兩個動態儀的累積反彈量高達7.4 mm和2.44mm。工作面的支架載荷急劇增大，巷道超前范圍頂板的加速下沉和反彈現象，以及工作面煤壁和巷道的嚴重片幫等現象同時出現，充分說明采場處于初次來壓時刻。觀測的初次來壓過程持續2d，頂板初次來壓時，工作面下部、中部和上部的推進距離分別為23.7m、25.7m和27.5m，初次來壓步距平均為24.97m。

根據7321工作面所進行的礦壓觀測分析，工作面在正?；夭呻A段頂板隨采隨冒，周期來壓步距為13～20m，平均為16.2m。實測的初撐力和工作阻力較低，平均值分別為1764.7kN／架和2183.6kN／架，為額定工作阻力（4000kN／架）的54.6%；時間加權平均值為1953.4kN／架，相當于額定工作阻力（4000kN／架）的48.8%；實測工作面動載系數均不大于1.7，來壓不明顯。由此看來，窄輕型支架在7321工作面是完全可以滿足頂板支護強度的需要，并且具有較大富裕系數，從而為今后因開采面積增大而引起的來壓增大提供了可靠的支護強度保證。

4 工作面末采期間礦壓顯現規律

由于超前支承壓力影響，綜放工作面末采期間煤幫較為松軟，通過實驗室對比頂煤及支架穩定性的試驗分析得知，如果工作面收尾后撤架空間正處在來壓期間，則是最為不利的時空條件，此時撤架無論在技術上還是經濟上都是非常不利的。反之，如果工作面收尾后撤架空間是處在來壓剛過，圍巖相對穩定的時期，此時撤架則是最為有利的。另一方面，工作面回采結束后的設備搬家速度直接影響到整個礦井生產接替的正常進行，因而在工作面末采期間進行礦壓觀測顯得尤為重要。

末采期間綜采工作面具體觀測情況見表3，7321工作面距離停采面平均45m時（機尾距停采線52m，機頭38m），對工作面礦壓情況進行觀測，未發現異常情況。在距停采線平均38.5m時，工作面來壓，工作面發生大塊片幫。當機尾距停采線30m，機頭20m，平均25m時，礦壓觀測中發現，在工作面的中部有30架支架范圍的煤壁片幫嚴重，另外在機頭和機尾附近的一些部位也有片幫現象，從而判斷是采場的一次周期來壓顯現。此次來壓步距13.5m，與前期觀測結果基本相符，由此得出工作面停采線大致位于非來壓狀態，根據實驗室研究和現場觀察，此時圍巖處在相對穩定的時期，正是最為有利的撤架時刻，回撤通道空間基本安全。

通過7321綜采面末采回撤期間礦壓觀測情況（表3）可知，在距停采線平均14.5m時，工作面僅有47＃～52＃支架位置有輕微片幫，屬于正常礦壓顯現。在距停采線13m時，37＃～59＃架處片幫嚴重，73?！?4＃支架處片幫嚴重，總共有25架支架范圍煤壁有片幫，涉及37.5m范圍長度內的礦壓顯現增加，因此判斷為末采的第二次周期來壓，據此更加確定了工作面回撤停采位置處于非來壓狀態的判斷。而回采至停采線6～7m時所觀測的煤壁片幫現象，實際上是實施鋪網以及打錨桿支護后，工作面推進速度變慢而使煤壁片幫出現的情況，正常速度回采時不會出現，因而不是周期來壓顯現。依據目前礦壓觀測成果，至工作面回采至停采線，不會有周期來壓，可以正常回撤設備。

表3 7321綜采面末采回撤期間礦壓觀測情況表

5 結論與建議

（1）通過對7321工作面的連續礦壓觀測，掌握了該工作面的礦壓顯現規律，初次來壓步距平均為24.97m，周期平均來壓步距 為16.2m，從而為巷道的合理維護、工作面的合理推進提供了依據。

（2）7321工作面來壓前支架平均載荷2681 kN／架，來壓期間支架平均載荷3367kN／架，來壓動載系數為1.26，動載系數較小，所選用的窄輕型支架可以滿足頂板支護強度的要求。

（3）7321工作面末采期間經歷了3次周期來壓，其步距為13.5m，與前期的礦壓觀測成果（13～20m）完全相符，工作面停采線位置處于上次來壓后的非來壓狀態期間，礦壓顯現較小，回撤通道空間恰好位于未斷巖層的保護之下，有利于設備回撤。

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