回采工作面近距離聯合開采技術研究與應用

摘要：文章通過華苑煤業9201、10201兩首采工作面礦壓觀測，掌握了9#、10#煤層頂板初次來壓和周期來壓步距、工作面支架支護度、圍巖破壞活動過程煤壁中應力變化大小和應力影響范圍。為現場管理提供完善、準確的資料，以直接指導生產實踐，解決工程問題。

關鍵詞：回采工作面；近距離聯合開采技術；初次來壓；周期來壓；老頂來壓；錯距 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD823 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

1 觀測目的

工作面礦山壓力觀測是開采過程中礦壓顯現規律。為現場管理提供完善準確的資料，指導工程實踐，解決工程問題，礦壓觀測有以下兩方面的目的：（1）通過分析觀測數據確定煤層頂板初次來壓和周期來壓步距、工作面支架支護強度；（2）分析頂板活動規律，獲得圍巖破壞活動過程中煤壁應力變化大小和應力影響

范圍。

2 煤層自然狀況

9號煤層位于太原組下段頂部，煤層厚度0.92～1.40m，平均1.12m。該煤層層位穩定，厚度變化不大，結構簡單，不含夾矸。煤層直接頂板和老頂均為K2灰巖，厚5～8m左右，裂隙不發育，為穩定類頂板。局部地段有薄層狀的偽頂，厚0.50m左右，屬軟弱巖層。底板為泥巖、砂巖泥巖，厚4～6m左右，屬軟弱

巖層。

10號煤層位于太原組下段中上部，煤層厚度3.45～4.75m，平均4.23m。該煤層層位穩定，一般含矸2～3層，局部達5層，結構復雜。煤層直接頂板為砂巖泥巖、泥巖，厚4～6m左右，其中砂質泥巖頂板抗壓強度、抗拉強度均較高，裂隙不發育，屬中等穩定頂板。老頂為K2灰巖，厚5～8m，屬堅硬巖層。底板大部為泥巖、砂巖泥巖，厚2～5m左右，抗壓強度和抗拉強度均較低，屬較弱巖層。局部為細砂巖，屬堅硬巖層。

3 觀測內容

工作面支架支護載荷的觀測。通過支架支護載荷的觀測確定頂板壓力的大小及初次來壓、周期來壓、老頂來壓及錯距。

聯合開采通常都采用“分層開采”與“分層同采”兩種方式。而采用“分層分采”方式，工作面接替比較困難，尤其是上層煤較薄、下層煤較厚的情況下，若先開采上層薄煤層，礦井生產能力將受到極大影響，很難達產；若先采下層煤，由于層間距較小，上層煤極易遭受破壞，工作面難以回采，嚴重時，上煤層不能開采；通過分析下層煤工作面超前壓力的影響范圍，有效地避開上、下層工作面的動壓重疊，防止上煤層壓力過大發現片幫冒頂事故，可以更有利于回采工作面的頂板控制及巷道維護，保證下工作面安全正常生產。

4 礦壓觀測的手段

4.1 工作面支架載荷的觀測

工作面支架支護載荷的觀測是采煤工作面礦壓觀測的重要部分，其觀測結果是確定頂板來壓特征的重要依據，包括老頂周期來壓特征及來壓強度，其目的在于掌握所觀測工作面的圍巖運動規律，為頂板分類、支架選型、確定頂板控制措施提供可靠依據。另外支架載荷的觀測結果也是對支架支護參數合理性進行分析的重要

依據。

4.2 工作面超前支承壓力的觀測

工作面前方煤壁中應力的大小及其變化反映超前支承壓力的影響范圍和影響強度，工作面前方煤體內未受采動影響的某一點，隨著工作面的推進，其應力的大小將發生變化，所以通過該點的應力變化就能捕捉超前支承壓力的影響范圍和應力集中峰值點，即以定點的應力變化間接地觀測超前支承壓力的影響范圍和影響強度。

利用單體液壓支柱工作阻力檢測儀對兩順槽中的單體液壓支柱進行壓力觀測，從而確定超前支承壓力的影響范圍和峰值點。

5 礦壓觀測分析

5.1 初次來壓

當9201工作面平均推進20m時，10201工作面平均推進6m時，工作面中部直接頂開始冒落，隨后沿工作面逐步向兩邊跨落。

5.2 周期來壓

連續測17次周期來壓，9201工作面周期來壓步距分別為22m、15m、20.6m、10.4m、9.7m、2.3m、8m、16.85m、23.85m；推進至137m、149m時，10201工作面壓力也較大，導致10201工作面壓力變大，出現步距為2.3m；工作面周期來壓步距平均為20.4m（圖1）；10201工作面以10#、11#、55#、56#、104#、105#支架為3條測線，周期來壓步距膠帶巷側平均為17m、中部平均為15.3m、軌道巷側平均為14.6m（圖2）。

5.3 老頂來壓

當9201工作面推進42m時，以工作面5#、6#、50#、51#、94#、95#支架為3條測線。工作面平均推進至55m時，3條測線都達到峰值，工作面有44架支架壓力較大，最大壓力達51MPa；工作面煤壁不平直，以此推斷老頂初次來壓步距為55m；當10201工作面推進50m時，液壓支架壓力增大，頂板開始響動，伴有炮聲；工作面推進54m時，煤壁有片幫現象，并伴有悶聲；在推進至54m時，工作面有46架支架壓力較大，最大壓力達51MPa；在推進至57m時，工作面有56架支架壓力較大，最大壓力達68MPa，以此推斷老頂初次來壓步距為54m。

5.4 兩工作面錯距

當9201工作面與10201工作面前后錯距在40m以外時，10201工作面頂板受9201工作面采動影響較大，頂板破碎嚴重，巷道20m范圍內收斂量變化較大，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20m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300mm，拉架難度增大。

5.5 理論及實際推算確定

5.5.1 Xmin=M/tan&+L+b

式中：

Xmin——上、下煤層工作面的安全錯距m

M——兩煤層間距，5.28m

δ——層間巖石移動角，取60°

L——考慮到兩層工作面推進速度不均衡所附加的備用距離，一般不小于15～20m

b——9201工作面的最大控頂距，4.7m

經計算，上、下煤層工作面的安全錯距最小為30m。

5.5.2 Xmax=L+L1-L2

式中：

Xmax——上、下煤層工作面的安全錯距m

L——9201工作面老頂來壓，50m

L1——9201工作面最大空頂距，4.7m

L2——10201工作面最大空頂距，5.173m

經計算，上、下煤層工作面的安全錯距最大為50m。

6 結語

結合現場實際觀測分析，得出9201工作面周圍來壓為20m。10201工作面周期來壓為17m，9201、10201兩工作面前后錯距在30～50m范為內，兩首采工作面均能正常生產。

聯合開采的優點：（1）有利于礦井合理集中生產，使采準巷道系統合理集中的生產能力和增產潛力；保證礦井系統完善性，為綜合機械化和自動化創造條件；減少巷道系統，減少巷道掘進和維護量，減少設備占用臺數和生產費用，便于采掘的正常銜接；減少煤炭損失，提高采出率；為安全創造好的條件；（2）同比其他聯合開采方法，降低了工程造價。在三軟地質條件下我公司技術人員深入井下取得第一手資料為聯合開采錯距的確定具有較高的技術含量和應用價值，對國內其他煤礦在三軟地質條件下聯合開采錯距具有較高參考價值；（3）其他，本研究對工作面構造影響較小或不大時，確定合理錯距準確，但下層煤斷層、陷落柱等構造發育較豐富，直接影響兩工作來壓步距，從而影響合理錯距，所以在后期的回采過程中還要加大對上下煤層的壓力觀測、及時掌握構造的信息參數，根據參數科學合理判斷過構造時錯距。

作者簡介：武艷飛（1986-），男，山西左權人，太原煤炭氣化（集團）有限責任公司助理工程師。

（責任編輯：王 波）