火成巖侵蝕條件下不穩定煤層礦壓顯現規律探討

張凡剛

（山東鑫國煤電有限責任公司，山東 肥城271613）

0 引言

受火成巖侵蝕的煤層極不穩定， 對煤炭的開采難度增加，且頂板來壓時極易造成頂板事故。 為了達到安全生產，急需對該礦工作面礦壓顯現規律有一個更清楚更系統的認識。

我礦井井田含煤地層為太原組和山西組，山西組(P1s)厚40.35～193.25m，平均78.15m(厚度未剔除地層中夾雜的巖漿巖)，由淺灰至灰白色砂巖、深灰至灰黑色泥巖、粉砂巖及煤層組成，為主要含煤地層，局部有巖漿侵入，與太原組連續沉積。 本井田主采的3(3 下)煤層位于本組中、下部，為本井田主要含煤地層。 太原組（C2P1t）厚143.70～237.81m，平均176.04m(厚度未剔除地層中夾雜的巖漿巖)，由灰至灰黑色泥巖、粉砂巖、砂巖、薄層灰巖及煤層組成，底部有雜色含鮞粒泥巖，局部地段有巖漿巖侵入。 與本溪組連續沉積。 含煤16 層，含石灰巖9 層，其中三、十下灰全井田發育，是本井田的重要標志層。

1 工作面地質及支護情況

1.1 工作面地質情況

3101 工作面為3100 采區工作面，工作面西部為3100 采區軌道、膠帶及回風下山，北為正在掘進的3103 軌道順槽，南為正在施工的東翼軌道和膠帶大巷，東無采掘工程。 工作面地面標高+40.7～+41.0m，井下標高-582.4～-645.2m，走向長445m，傾向長80m，可采面積34383m2。

該面3 煤為無煙煤、1/3 焦煤和貧瘦煤，厚度0.35～3.5m，平均2.38 m，受巖漿巖侵蝕，3101 膠帶順槽煤層局部變薄。煤層結構簡單～復雜， 塊段Ⅱ中部煤層含夾矸0～1 層， 厚度0～0.64m， 其余塊段不含夾矸。 煤層傾角在13～25°之間， 平均21°，煤層普氏硬度系數f=1.5～2.0。 本面為一寬緩向斜，西翼走向110°～100°，傾向20°～10°，傾角19°～22°；東翼走向103°～85°，傾向13°～355°，傾角13°～25°；煤層傾角平均21°。 根據巷道揭露，影響本面回采的斷層4 條，落差0.8～4.5m（f2），f2斷層對工作面回采影響較大，其他斷層影響較小。

偽頂為泥灰色、灰黑色，含粉砂質，薄層狀泥巖厚度0.6m直接頂為巖漿巖（粉砂巖）巖漿巖：灰白色、塊狀，細晶質結構，主要為長石。 厚度約8m 主要分布于工作面中西部。 粉砂巖：灰色、灰黑色，薄層狀，夾少量泥巖，呈水平層理。 主要分布于工作面東部。 直接底為灰色塊狀，含黃鐵礦及植物根化石粉砂巖厚度2.1m。 主要位于2009-1 鉆孔以東。 老底為灰色、灰白色、深灰色，薄層狀，呈水平層理，夾粉砂巖薄層，厚度為15.5m。

工作面受巖漿體入侵，本面揭露的巖漿巖為燕山晚期閃長玢巖， 根據現有資料分析巖漿巖沿煤層頂板順層侵入，對煤層破壞范圍較大，受此影響煤層變薄，局部被吞蝕。

1.2 工作面支護情況

工作面選用DY-25/100 型單體液壓支柱、HDJA-1200 鉸接頂梁、260mm 鐵鞋和3mπ 型鋼梁成對配合使用，四排支柱管理，采用全部垮落法處理頂板。

2 觀測點的布置及數據整理

2.1 位置選取

工作面為走向長壁布置，在工作面沿傾斜方向布置3 個測站。 礦壓人員分三班連續觀測，觀察單體液壓支柱壓力變化，頂板下沉量以及活柱下縮量。 上下順槽分別設觀測站，觀測礦壓對超前支護影響范圍和變形量。

2.2 數據收集

為掌握工作面初次來壓、周期來壓等礦壓顯現規律及單體液壓支柱支護效能，對工作面進行了觀測41d，工作面推進42m。

2.3 規律分析

2.3.1 工作面礦壓顯現規律分析

從礦壓三量數據的變化得到以下礦壓顯現規律：從實測數據來看，初壓以及周期來壓呈現來壓現象明顯，初壓步距22m，周期來壓步距約10m，并且來壓時支柱載荷壓力，頂板下沉量以及活柱下縮量變化大，可以判定：該工作面是初次來壓和周期來壓明顯的工作面。

2.3.2 上下順槽礦壓顯現規律

通過對3101 工作面的觀測， 根據上下順槽測點距工作面距離不同得出的變化位移如下圖所示，水平位移變化速度在距工作面5m 左右時最大，約為53mm/d；而垂直位移變化速度在10m 左右最大，約為44mm/d；距離23m 以外頂板位移量變化已變的緩慢。 為了利于安全生產，應在距煤壁30m 以內加強管理，尤其應在距工作面煤壁17m 的范圍內加強支護。

根據超前支護壓力分布看出超前受壓情況：

工作面上下順槽的壓力分布相似，上順槽超前支撐壓力峰值處于12m 范圍內，單根支柱載荷平均為20MPa。 所以得出工作面上順槽超前前15m 范圍內應加強支柱管理。當測點在距工作面21m 左右時， 超前支柱載荷明顯變小平均約為7MPa，處于較低的受力狀態。

工作面下順槽超前支撐壓力峰值處于10m 范圍內，單根支柱載荷平均為21.5MPa，得出下順槽超前前15m 范圍內應該加強支護，確保在此范圍內的支護強度達到要求。 下順槽在20m 往后，單根支柱的平均載荷就明顯降低，約為8MPa。

通過上述可以看出工作面上下順槽壓力分布是相似的，跟現場實際情況相符，同時可看出工作面整體的超前支撐壓力峰值區在工作面前方10m 處， 且該段巷道變形量顯著增加，頂板來壓時容易出現煤兜及有碎煤屑掉落的情況，往后22m 以外的巷道變形量相對變小，由此得知，該面規定超前支護為30m 是可取的。

3 結論

3.1 由于該工作面直接頂為砂巖且煤層受巖漿體入侵工作面在來壓時現象明顯，所以必須堅持多次注液，確保初撐力。各種特殊支護（密集、戧柱、貼幫柱、墩柱、叢柱、π 型鋼大棚等）齊全正規。 若老空出現懸頂過大，必須人工放頂，消除危險隱患。 且在周期來壓期間要加快推進速度，以甩掉頂板壓力。

3.2 工作面初壓步距為22m，周期來壓步距較短，在10m 左右，工作面來壓強度較大，來壓程度明顯。 因此周期來壓期間應加強頂板管理，要確保工作面支柱初撐力不小11.5MPa，操作人員在回柱時謹慎操作， 要觀察頂板及周圍人員情況，防止倒柱傷人，且保證后退路暢通。 來壓期間由工長及時對工作面進行巡視，若出現頂板來壓征兆時，工長當機立斷，將所有人員撤到安全地點，待壓力穩定后，方可由外向里逐棚檢查維護，確保安全。

3.3 在該特殊條件下隨著距煤壁距離增大，工作面礦壓顯現在頂底板移近量上體現的更為明顯。 因此該特殊條件下，工作面控頂距在滿足通風、運輸、行人等條件下盡量減小。