采煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司 王啟峰

0 引言

隨著我國(guó)對(duì)煤炭的需求量的增加，煤礦開(kāi)采的深度、難度隨之增加，類似于大傾角、特厚（薄）煤層等難以開(kāi)采的煤層也會(huì)增多。目前國(guó)內(nèi)在大傾角等特殊煤層開(kāi)采上，還沒(méi)有相對(duì)可靠成熟的技術(shù)，還需要有很多難題需要解決，開(kāi)采過(guò)程中的采煤工作面的礦壓規(guī)律研究便是其中之一。

1 采煤工作面礦壓顯現(xiàn)的主要影響因素

1.1 回采工作面圍巖

1.1.1 直接頂?shù)挠绊?/p>

由于直接頂是工作面開(kāi)采過(guò)程中的首個(gè)支護(hù)內(nèi)容，煤礦工作面開(kāi)采是否能夠保質(zhì)、保量、安全生產(chǎn)，受直接頂完整與否等情況的影響較大，而且其決定著工作面采用的支護(hù)方式。直接頂巖層的力學(xué)特點(diǎn)以及巖層的發(fā)育情況是決定直接頂是否完整的重要因素，巖層的發(fā)育情況包括裂隙和層理。

1.1.2 老頂?shù)挠绊?/p>

直接頂?shù)姆€(wěn)定性受老頂?shù)臓顟B(tài)是否穩(wěn)定以及其來(lái)壓強(qiáng)度等因素的影響較大，在支護(hù)方面影響著支架的各個(gè)參數(shù)，如支架的最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之差、支架的支護(hù)壓力，同時(shí)對(duì)處理采空區(qū)所使用的方法也有著影響。煤層與老頂之間的距離遠(yuǎn)，則直接頂?shù)暮穸缺愦螅谄茢嗪缶陀休^大的可能會(huì)呈現(xiàn)緩慢下沉平衡，同時(shí)巖層移動(dòng)曲線就越緩和，來(lái)壓強(qiáng)度越弱。

1.2 采高與控頂距

在一定地質(zhì)條件下，在進(jìn)行大采高工作面開(kāi)采時(shí)，由于采高大則開(kāi)采完成后采空空間大，勢(shì)必帶來(lái)相對(duì)更大的巖層破壞情況，使老頂達(dá)到平衡的可能性變小、工作面的礦壓顯現(xiàn)越嚴(yán)重，而且在支承壓力的作用下，工作面煤壁的穩(wěn)定性也就越小，片幫的可能性增大。

1.3 回采工作面推進(jìn)速度

礦壓顯現(xiàn)有多個(gè)參數(shù)，其中頂板下沉參數(shù)中的速度、下沉量，前方的支承壓力等，受回采工作面的推進(jìn)速度影響較大。在工作面推進(jìn)速度很慢時(shí)，加快推進(jìn)速度可以使頂板狀態(tài)有所改善，但是，隨著推進(jìn)速度的增加，頂板下沉量也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，因此在開(kāi)采過(guò)程中無(wú)法“甩掉”頂板壓力。

1.4 開(kāi)采深度

開(kāi)采深度對(duì)巷道礦山壓力顯現(xiàn)的影響較為明顯，對(duì)于一些松軟巖層就會(huì)出現(xiàn)圍巖的“擠、壓、臌”等現(xiàn)象，而對(duì)于有沖擊地壓的礦井，開(kāi)采過(guò)程中的沖擊地壓強(qiáng)度以及沖擊地磚發(fā)生的頻率，與開(kāi)采深度與著密切關(guān)系。

因此，開(kāi)采深度的變化不可避免的影響著礦山開(kāi)采壓力，但是對(duì)礦壓顯現(xiàn)的影響就要針對(duì)具體情況具體分析。

2 綜放工作面礦壓觀測(cè)方案

2.1 工作面礦壓觀測(cè)方案

綜合機(jī)械化工作面現(xiàn)有的液壓支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行工作面礦山壓力監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)使用壓力傳感器對(duì)工作面支架的前后立柱的工作阻力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。沿工作面傾向從上到下，分別選取 101#、100#、91#、90#??11#、10#支架進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)電液控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各測(cè)線支架的所受載荷、并定期利用坡度儀、卷尺測(cè)量記錄測(cè)站支架立柱傾斜角度、伸縮量。

2.2 工作面巷道礦壓現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方案

為了配合工作面礦壓觀測(cè)，在回采工作面兩邊巷道內(nèi)選擇不影響生產(chǎn)和其他觀測(cè)項(xiàng)目的地點(diǎn)采用十字布點(diǎn)法共安設(shè)測(cè)站7個(gè)測(cè)站。其中回風(fēng)巷3個(gè)測(cè)站，距巷尾距離分別為195m、240m、310m；運(yùn)輸巷4個(gè)測(cè)站，距巷尾距離分別為150m、110m、80m、50m。在回風(fēng)巷道頂?shù)装逯胁看怪狈较颍ㄟ\(yùn)輸巷道距下幫1m處的頂?shù)装宕怪狈较颍┖蛢蓭退椒较蜚@Φ229mm、深380mm的孔，將Φ230mm、長(zhǎng)400mm的木樁打入孔中。頂板和上幫木樁端部安設(shè)彎形測(cè)釘，底板和下幫木樁端部安設(shè)平頭測(cè)釘。

觀測(cè)方法為：采用ADL-2.5型沉降指示器（測(cè)桿）配合C-Ⅱ型自動(dòng)記錄器進(jìn)行測(cè)出OA、OB、OC、OD頂?shù)装逡平緼B、兩幫移近CD及AB、BC的讀數(shù)。測(cè)量精度可達(dá)到1mm；采用皮卷尺測(cè)量監(jiān)測(cè)斷面至回采工作面的距離。觀測(cè)頻度為距回采工作面50m以內(nèi)，每2～3天觀測(cè)一次。

圖1 巷道表面位移測(cè)站及測(cè)點(diǎn)布置

3 工作面礦壓規(guī)律分析

3.1 巷道表面位移

通過(guò)對(duì)巷道表面位移移近量與距工作面距離的關(guān)系曲線圖進(jìn)行綜合分析可知，在觀測(cè)期間內(nèi)，皮帶巷兩幫移近量最大為14mm，最小為 3mm，頂板下沉量最大為 100mm，最小下沉量為8mm；回風(fēng)巷頂板最大下沉量為57mm，最小下沉量為10mm，兩幫移近量一般在10mm左右。表明試驗(yàn)工作面皮帶運(yùn)輸巷在開(kāi)采影響期內(nèi)表面位移收斂量相對(duì)較大，而巷道兩幫相對(duì)移近量小于頂?shù)装逑鄬?duì)移近量。

圖2 7#測(cè)站頂?shù)装逡平颗c距工作面距離曲線

3.2 支架壓力變化特征

由圖工作面上中下區(qū)域液壓支架支柱壓力隨工作面推進(jìn)過(guò)程中變化曲線可以看出，工作面液壓支架沿傾向分布大小比較明顯，其中中部壓力比較大，上部次之，下部區(qū)域最小。工作面周期來(lái)壓比較明顯，平均每隔5天（每天推進(jìn)4m左右）周期來(lái)壓一次，也就是工作面周期來(lái)壓步距為20m左右，周期來(lái)壓時(shí)支架支柱壓力約為33.2MPa，不來(lái)壓時(shí)支架支柱壓力為25.7MPa。

圖3 工作面上部支架支柱壓力隨工作面推進(jìn)變化

3.3 開(kāi)采過(guò)程中工作面傾角變化

沿工作面傾向從上到下，分別選取101#、100#、91#、90#??11#、10#支架進(jìn)行觀測(cè)，定期利用坡度儀、卷尺測(cè)量記錄測(cè)站支架立柱傾斜角度、伸縮量。具體支架立柱傾角變化見(jiàn)圖2.18。由圖可以看出，工作面沿傾向傾角是不斷在變化的，其中工作面中部偏下區(qū)域最大達(dá)到37°，上部較小區(qū)域大概為24°。

圖4 液壓支架立柱傾角變化曲線

4 結(jié)論

（1）在開(kāi)采過(guò)程中，觀測(cè)斷面與工作面的距離影響巷道表面相對(duì)移近量、相對(duì)累計(jì)變化量。

（2）工作面液壓支架沿傾向分布大小比較明顯，其中中部壓力比較大，上部次之，下部區(qū)域最小。

（3）工作面沿傾向傾角是不斷在變化的，其中工作面傾角變化趨勢(shì)是：自上而下，先增大后減小，然后再增大再減小。其中工作面中部偏下區(qū)域最大達(dá)到 37°，上部較小區(qū)域大概為 24°。

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