9號、10號煤層工作面上下重疊布置礦山壓力顯現及控制分析

劉春盛

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，太原 030024）

9號、10號煤層工作面上下重疊布置礦山壓力顯現及控制分析

劉春盛1，2

（1.太原理工大學礦業工程學院，太原 030024；2.太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，太原 030024）

華苑煤業通過對9201和10201綜采工作面液壓支架、順槽超前支護及范圍內巷道變形、初次來壓、周期來壓等礦山壓力顯現觀測，總結、分析出上下兩個工作面最佳技術參數，確定上下工作面最佳前后錯距、工作面巷道支護穩定，有效掌握兩工作面壓力顯現，確保安全生產。

重疊布置；礦壓觀測；周期來壓；合理錯距

山西靈石華苑煤業有限公司為2009年兼并重組整合單獨保留煤礦，礦井生產能力為0.9 Mt/a，批復開采7號、9號、10號煤層，現開采9號、10號煤層。9號、10號煤層間距4.35～6.21 m，平均5.28 m。批準的初步設計采用9號煤層回采工作面超前10號煤層回采工作面78 m距離上下重疊布置同采的開采方法。為保證上下兩工作面在初采及正常回采過程中的安全生產，華苑煤業在工作面初采初放以及正常回采時進行礦山壓力顯現觀測和分析，收集、掌握礦山壓力顯現數據，通過一年來的觀測、分析、研究，確定了適合該礦井地質條件下的上下兩工作面重疊布置同采的最佳技術參數，合理確定了兩工作面前后錯距和巷道支護穩定性，使滯后的10號層工作面兩順槽壓力顯現降為最低，最大限度縮短了10號層工作面超前支護距離，為礦井安全生產奠定了基礎[1]。

1 工作面上下重疊布置概況

1.1 工作面概況

9201薄煤層綜采工作面膠帶順槽長為2 203 m，可采長度為2 120.5 m，軌道順槽長為2 130 m，可采長度為2 120.5 m，工作面長度為150 m。9201工作面正下方為10201工作面，煤層間距4.35～6.21 m，平均間距5.28 m，9201與10201工作面采用上下重疊聯合布置開采，9201工作面順槽內錯10201工作面順槽中對中10 m。9201工作面超前10201工作面78 m，10201工作面膠帶順槽的長為2 282 m，可采長度為2 200 m，軌道順槽長為2 210 m，可采長度為2 200 m，工作面長度為170 m。

1.2 工作面巷道布置及斷面

9201軌道順槽為回風巷，9201膠帶順槽為進風巷，兩順槽均采用矩形斷面，沿頂板掘進。10201軌道順槽為回風巷，10201膠帶順槽為進風巷，順槽均采用矩形斷面，10201膠帶順槽、軌道順槽均沿底板掘進。

1.3 工作面煤層及頂底板巖性

9201工作面煤厚0.92～1.40 m，平均1.2 m，為薄煤層；9號煤頂板為較穩定的K2灰巖，厚5～8 m，具有堅硬穩定、開采后不易垮落的特點，且K2灰巖為巖溶裂隙含水層；9號煤底板為松軟破碎的泥巖、砂質泥巖和炭質泥巖。10號煤厚3.45～4.7 5m，平均4.23 m，屬于厚煤層；10號煤頂板即9號煤底板，為松軟破碎的泥巖、砂質泥巖和炭質泥巖。10號煤底板為厚2～5 m的泥巖和砂質泥巖。

2 礦壓觀測方法

2.1 礦壓觀測手段

1）本次礦壓觀測所采取的觀測手段：巷道表面收斂量測、綜采液壓支架監測、頂板離層動態監測和單體柱測壓等。

2）觀測方法：對工作面每架支架支護載荷每班進行觀測，定期對兩巷測點處巷道頂底板移近量、兩幫變化量進行測量并記錄真實數據，以便準確分析、確定超前支承壓力影響范圍和峰值點[2]。

2.2 礦壓儀器儀表觀測布置方法

1）巷道表面變形測點布置：巷道表面收斂量測采用十字布點法安設表面收斂監測斷面，每個斷面內設定兩幫方向和頂底板方向的位移基點，兩幫方向選定錨桿端頭作為基點，頂底方向埋置鋼釬作為基點，用鋼卷尺和測桿進行測讀。膠帶、軌道順槽側自工作面煤壁前方10 m起開始布置巷道變形量觀測斷面，按每10 m間距布置觀測斷面，共布置10個觀測斷面，觀測范圍100 m。

2）超前支承壓力觀測：兩順槽內自切眼煤壁10 m起，每隔3～5 m左右安裝一塊壓力表，共安裝5塊壓力表，隨工作面推進前移壓力表。觀測和記錄工作面前方30 m范圍內的超前支護單體壓力。

3 礦壓顯現觀測數據分析

3.1 直接頂初次垮落及初次來壓

9201工作面開采后，直接頂第一次大面積垮為直接頂初次垮，判斷標準為：垮高度超過1 m，范圍超過工作面長度的一半，垮距離稱為初次垮距。9201工作面初次垮步距為18～26 m，平均22 m，以此數據判斷直接頂穩定性，屬于Ⅱ類穩定頂板。10201工作面初次垮步距為6～10 m，工作面頂板全部垮，初次垮步距為8 m。圖1、圖2分別為9號、10號煤頂板初次垮落、老頂初次來壓壓力顯現圖。（圖1-圖4中1為工作面機頭處支架測點；2、4為工作面距機頭、機尾20 m處測點；3為工作面中部測點；5為機尾支架測點。）

3.2 基本頂的周期來壓

基本頂的周期來壓，沿工作面方向不是同時來壓，而是呈現分段局部來壓、遷移特征。工作面由兩端向中間來壓，支架載荷增加；兩巷頂板下沉速度急劇增加，兩幫移近量也增加，煤壁片幫、頂板發生臺階下沉，支柱受的載荷增加，采空區發出悶雷聲等。根據觀測分析：9201工作面推進200 m的礦壓測試記錄，工作面從第一次初次來壓后，每推進20 多m左右，工作面就出現上述來壓現象，初步確定9201工作面周期來壓步距為22 m；10201工作面已進推進了150 m，其周期來壓步距為8 m。圖3、圖4為9號、10號煤周期來壓壓力顯現圖。

3.3工作面兩順槽100 m范圍巷道收斂分析

根據在10201工作面長期礦壓的觀測，分析工作面回采過程中兩端頭和切眼向外100范圍內兩順槽礦壓顯現狀態，10201工作面兩順槽受9201工作面壓力影響，其超前100 m范圍內壓力變化明顯，其中，工作面往外0～40 m范圍內受到9201工作面及10201工作面采動雙重壓力的影響最大，發生頂板下沉，底板鼓起，巷幫移近等壓力特征，總結分析確定：10201工作面兩順槽100 m范圍內，頂底板移近量100～500 mm，平均為300 mm；兩幫移近量為100～1 200 mm，平均為700 mm。圖5-a、圖5-b為兩工作面錯距大于78 m時巷道頂底、兩幫移近量圖；圖5-c、圖5-d為兩工作面錯距在78～58 m時巷道頂底、兩幫移近量圖；圖5-e、圖5-f為兩工作面錯距在58～48 m時巷道頂底、兩幫移近量圖；圖5-g、圖5-h為兩工作面錯距在48～28 m時巷頂底、兩幫移近量圖。

4 礦壓觀測結論

當9201工作面與10201工作面前后錯距在50 m以外時，10201工作面頂板受9201工作面采動影響非常大，頂板破碎嚴重，工作面向外超前50 m范圍內兩巷頂底板及兩幫收斂量變化較大，造成工作面漏頂、端頭支護及超前維護工作量難度增大；當9201工作面與10201工作面前后錯距在30 m以內時，9201工作面頂板受10201工作面采動影響頂板開裂且壓力增大，造成9201工作面支架壓力較大，立柱行程達不到規定要求300 mm，拉架難度增大。

結合現場實際觀測分析，得出9201工作面周圍來壓為22 m；10201工作面周期來壓為8 m，9201、10201兩工作面前后錯距在30～50 m范為內，兩首采工作面超前20 m范圍內兩巷沒有壓力顯現，兩工作面均能正常安全生產。

5 建議

1）根據礦壓顯現規律，分析確定9201工作面和10201工作面在初次來壓時，均要加大工作面支架的初撐力。

2）9號和10號煤層聯合開采工作面前后合理錯距應控制在30～50 m范圍內，10201工作面加強超前支護50 m范圍內兩巷支護。

3）10201工作面煤層較軟，在錨網支護時，要先控制兩幫支護，再控制頂板支護，防止10號煤層底鼓和片幫現象發生。

[1]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業出版社，1984.

[2]張百勝,楊雙鎖,康立勛,等.極近距離煤層回采巷道合理位置確定方法探討[J].巖石力學與工程學報,2008（1）：97-101.

Strata Behavior and Control under Overlapping Arrangement of No.9 and No.10 Working Face

LIU Chunsheng1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Taiyuan Coal Gasification(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan 030024,China)

On the analysis of the hydraulic support,crossheading pre-supporting and strata behaviors,including roadway deformation,first weighting,periodic weighting,etc.,of No.9201 and No. 10201 fully-mechanized mining face,the optimal technical parameters of the two working faces were summarized to determine their staggered distance and ensure the stability of the roadways,which could guarantee the safe production of Shanxi Lingshi Huayuan Mining Co.,Ltd.

overlapping arrangement;pressure observation;periodic weighting;reasonable malposition

TD32

A

1672-5050（2015）02-0053-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.017

2015-01-06

劉春盛（1969-），男，山西廣靈人，在職研究生，高級工程師，研究方向：礦山壓力與巖層控制。