極軟弱煤層大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及其控制

摘 要:長平公司3#煤層極軟，采用大采高綜采技術(shù)后煤壁片幫嚴重，為掌握長平公司首個大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，通過現(xiàn)場實測研究了工作面老頂來壓基本情況，煤壁片幫影響因素及超前支撐應力分布規(guī)律，得出了直接頂初次垮落、老頂?shù)某醮蝸韷汉椭芷趤韷翰骄?，來壓時的影響范圍及其控制措施和超前支撐應力影響范圍。針對來壓時煤壁片幫嚴重，提出了控制措施，為安全生產(chǎn)提供了保障，同時也為以后大采高工作面礦壓管理提供了科學依據(jù)。

關(guān)鍵詞:大采高 礦壓規(guī)律 軟弱煤層 片幫

中圖分類號:TD323文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0129-02

大采高綜采技術(shù)具有工作面產(chǎn)量和效率高，搬遷快，搬遷次數(shù)少等優(yōu)點，因此它是煤炭企業(yè)高產(chǎn)高效工作面未來發(fā)展的一個趨勢。但由于采高加大后，垮落帶高度隨采高的增大而增加，因此，大采高綜采工作面老頂來壓更為劇烈，局部冒頂和煤壁片幫更為嚴重[1]。長平公司4303綜采工作面是該公司首個大采高綜采工作面，主采3#煤層，煤層單軸抗壓強度4.81MPa，煤層內(nèi)部節(jié)理裂隙非常發(fā)育，因此，工作面回采過程中礦壓顯現(xiàn)明顯，尤其是煤壁片幫嚴重。為深入掌握長平公司特殊地質(zhì)條件下大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，以指導和管理后續(xù)大采高綜采工作面正?；夭桑M行了4303大采高綜采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實測。

1 工作面概況

長平公司4303大采高綜采工作面主采3#煤層，煤層傾角5°～16°，平均10°，煤層平均厚度5.86m，煤層節(jié)理裂隙非常發(fā)育，煤層普適系數(shù)f=0.48。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為4.85m，黑色，局部有裂隙、松軟;老頂為細粒砂巖，厚度為平均為11.23m，灰白色，具有波狀層理;直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為7.48m，灰黑色，中間夾有砂巖;老底為細粒砂巖，平均厚度2.62m，灰色，質(zhì)地堅硬。

工作面沿煤層走向推進，工作面長度225m，采用四巷布置方式:四盤曲北翼泄水巷供進風、排水用，4205巷供進風、運煤、供水、排水用，4206巷供進風、供電、供液、供水、運料、排水用，4209巷供回風、排水用。

工作面采用德國艾柯夫公司的SL500雙滾筒采煤機、SGZ1000/1710刮板機、SZZ1200/375轉(zhuǎn)載機、DSJ1400/250/3×400皮帶機、PCM375型錘式破碎機，從工作面機頭到機尾分別布置ZYT12000/28/62型排頭架4架，ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZY12000/28/62型中間架119架，ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZYT12000/28/62型排尾架3架，共計130架。

2 觀測方案

2.1 工作面礦壓觀測方案

采用液壓支架壓力記錄儀(KBJ-60Ⅲ礦用數(shù)字壓力計分機)，在工作面設(shè)立上、中、下三個測區(qū)，9條觀測線，上測區(qū)11#、12#、13#支架(4205巷側(cè))，中測區(qū)64#、65#、66#支架，下測區(qū)117#、118#、119#支架(4206巷側(cè))，每個支架安設(shè)一臺壓力記錄儀，實時監(jiān)測支架左、右立柱的工作載荷;工作面在回采中，為了充分觀測支架阻力狀態(tài)，分別在30#、47#、83#、100#支架增設(shè)支架阻力儀。數(shù)據(jù)采集使用紅外線礦用數(shù)據(jù)采集儀，觀測頻率:每天采集一次數(shù)據(jù)。

2.2 工作面超前支撐壓力觀測方案

超前III4303工作面切眼70mm，在4206巷、4209兩側(cè)向煤層中打直徑為48m，深度為2m、5m、8m、15m的鉆孔;距離工作面切眼230m，在4206、4209兩側(cè)打直徑為48m，深度為2m、5m、8m、15m的鉆孔，每個巷道16個鉆孔，三條巷道總計48個鉆孔，鉆孔高度距底板均為1.0m，鉆孔間距1m，每個孔內(nèi)安裝鉆一臺孔應力計。后來根據(jù)實際情況，在超前工作面230m的4206巷道西側(cè)與4209東側(cè)安裝20m、25m的應力計各兩根。

3 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及其控制技術(shù)

3.1 工作面來壓規(guī)律

3.1.1 直接頂初次垮落

由于4303工作面機頭、機尾推進速度的差異性，直接頂初次垮落呈現(xiàn)階段性。2009年8月23日工作面機尾處直接頂開始垮落，垮落步距22.2m，之后垮落范圍向中部發(fā)展。8月30日，直接頂垮落范圍波及整個工作面。由于回采期間機尾推進速度較機頭快，工作面直接頂?shù)拈_始垮落時間相差5d，持續(xù)時間相差32h，但垮落步距基本穩(wěn)定在18m～22m之間，平均垮落步距為20m。

3.1.2 老頂初次來壓

工作面老頂初次來壓步距范圍為32m～48m，平均40m。初次來壓影響范圍在8m左右，持續(xù)時間約48h。老頂初次來壓開始于工作面中部，之后向工作面下部、上部發(fā)展。來壓期間支架平均工作阻力為9724kN。

3.1.3周期來壓

工作面周期來壓受工作面采高、推進速度、工作面寬度、頂板條件以及上覆基巖厚度等條件的影響，隨著條件改變，周期來壓步距也相應發(fā)生改變。根據(jù)長平礦實際開采條件，工作面推進到距開切眼200m范圍內(nèi)，工作面上部周期來壓11次，中部來壓12次，下部來壓13次，其中工作面上部、下部來壓不明顯，工作面中部來壓比較明顯。工作面來壓步距范圍為18m～25m，平均來壓步距22m。來壓時工作面支架平均工作阻力為8432kN，非來壓期間為5942kN，動載系數(shù)為1.35。

3.2 工作面片幫冒頂控制措施

長平公司4303大采高綜采工作面3#煤層由于較軟，加之節(jié)理裂隙發(fā)育，頂板來壓時產(chǎn)生嚴重的片幫現(xiàn)象。其中上部(1#～40#支架)煤壁片幫范圍占20%左右，對正?；夭捎绊戄^小;中部(41#～80#支架)片幫嚴重，主要表現(xiàn)為在采煤機割煤時前滾筒5m～10m范圍內(nèi)大塊煤體從煤壁沿節(jié)理裂隙面滑落下來，大塊的煤體架空在溜槽上，迫使采煤機往返運行破碎和推移大塊的煤，影響正常生產(chǎn);下部(80#～119#架)煤壁片幫最為嚴重，貫穿于整個回采期間，最大的煤塊能達30m3(5m×3m×2m)，沿裂隙面直接滑落下來，嚴重影響生產(chǎn)。

為防止大塊片幫影響正常生產(chǎn)，采取如下措施:(1)保證足夠的支架初撐力。尤其來壓期間，升架后必須使支架初撐力達到合格值。初撐力不足導致頂板下沉量增加，煤體承載偏大，支撐力向煤壁深部發(fā)展造成煤體塑性區(qū)擴大，煤壁片幫嚴重。(2)及時打開護幫板。當采煤機割煤過后及時打開一級和二級互幫。(3)對于片幫嚴重導致支架前方懸頂漏冒時，應采用注漿方式加固煤體和破碎的頂板。(4)適當提高工作面推進速度。

4 工作面超前支撐壓力規(guī)律

如圖1所示，距離4206巷道表面2m處鉆孔應力計觀測數(shù)據(jù)曲線圖，可以看出回采工作面推進距測點57m時，應力計壓力從11MPa開始上升，推進到距測點43m時升高至11.2MPa后開始下降，距離33.9m時，應力增長速度變緩，基本在11.4MPa～11.6MPa之間波動，一直持續(xù)到推進至距離測站20m左右時開始下降，至13m之后急劇下降，至4m范圍時下降到9MPa，之后再次急劇下降，最后穩(wěn)定在2.92MPa。

從上述實測結(jié)果可以看出工作面前方支撐應力影響范圍在超前工作面57m，此處煤體開始受采動應力的影響;超前工作面13m～34m是彈塑性應力增強區(qū)間;超前工作面小于13m的范圍內(nèi)，煤體支撐能力急劇下降，此時煤體已經(jīng)進入塑性破壞階段，煤體靠殘余強度支撐，隨著工作面的繼續(xù)推進，煤體最終殘余強度為2.92MPa。

5 結(jié)語

通過對長平公司4303大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)想象的現(xiàn)場實測，可以得出如下結(jié)論。

(1)直接頂?shù)某醮沃苯禹數(shù)目迓洳骄嗷痉€(wěn)定在18m～22m之間，平均垮落步距為20m;老頂初次來壓范圍在32m～48m之間，平均為40m;老頂周期來壓步距平均為22m，來壓期間動載系數(shù)在1.35左右。

(2)由于煤層較軟，加之節(jié)理裂隙異常發(fā)育，工作面來壓期間煤壁片幫嚴重，應保證足夠的支架初撐力，必要時在煤體內(nèi)注漿加固。

(3)工作面超前支撐壓力影響范圍在57m內(nèi)，支撐壓力峰值出現(xiàn)在工作面前方20m～25m范圍內(nèi)。

參考文獻

[1]錢鳴高.礦山壓力與巖層控制[M].中國礦業(yè)大學出版社，2003(10).

[2]徐永圻.煤礦開采學[M].中國礦業(yè)大學出版社，2006.