酸刺溝煤礦淺埋深煤層工作面礦壓顯現特征分析

【摘要】針對內蒙古伊泰酸刺溝煤礦放頂煤開采工作面來壓大而導致支架嚴重損害的情況，在“短砌體梁”和“臺階巖梁”結構模型理論的基礎上，通過安裝礦壓監測系統，利用現場壓力監測、數據分析，得出一個周期來壓時間大約為3-4天，并可將來壓周期劃分為壓力緩和、壓力升高和大面積來壓三個階段。對淺埋深煤層工作面礦壓特征的掌握，可有效指導煤礦安全生產。

【關鍵詞】淺埋深煤層；工作面；頂板來壓；監測；來壓規律

淺埋深煤層具有埋深淺、基巖頂板薄、表土覆蓋層厚的顯著特點。我國賦存有大量埋深在150m以內的淺部煤田，其中最典型的是神府、東勝煤田。與深埋煤層不同，部分礦區淺埋深煤層存在著明顯的初次來壓和周期來壓，頂板基巖波及整個覆巖，比深埋煤層來壓更為劇烈。本文根據黃慶享、錢鳴高、石平五在“淺埋煤層采場基本頂周期來壓的結構分析”中建立的淺埋深煤層采場基本頂周期來壓的“短砌體梁”和“臺階巖梁”結構模型理論，以內蒙古伊泰集團酸刺溝煤礦6上105-2回采工作面為工程背景，通過井下工作面礦壓監測系統，運用現場實測、數據分析等方法，得出淺埋深煤層工作面礦壓顯現特征，為酸刺溝煤礦安全回采提供參考。

1、工程地質概況及問題提出

酸刺溝煤礦6上105-2回采工作面埋深90-120m左右，煤層為單一穩定可采煤層，煤層平均厚度11m左右，老頂為14m厚的中粒砂巖。工作面可采走向長度1356m，工作面寬245m，采用綜采放頂煤走向長壁采煤法，全部垮落法處理采空區頂板。

雖然埋深淺，但實踐證明，工作面普遍出現臺階現象，支架壓毀，礦壓顯現劇烈，因而頂板控制具有特殊性。自2013年2月21日開始生產，頂板管理問題一直困擾和嚴重影響正常生產，出現工作面頂板破碎，支架大面積片幫漏頂，當班壓死運輸機；支架安全閥開啟嚴重，部分支架立柱被壓無行程，頂梁立柱柱窩被壓裂等多次頂板事故。

2、工作面來壓理論分析和監測

淺埋煤層老頂周期來壓期間可能存在兩種結構形態，即老頂“短砌體梁”結構和“臺階巖梁”結構，這兩種結構容易出現滑落失穩，這是工作面周期來壓強烈和出現臺階下沉的根本原因。

為更好觀測工作面周期來壓規律，煤礦2013年9月安裝了礦壓監測系統。工作面每隔5架均布安裝一臺記錄儀，記錄儀記錄支架的壓力，地面通過觀測系統即可觀察實時的礦壓情況，并通過系統記錄，運用處理軟件得出礦壓顯現情況。從10月1日到10月14日，觀測結果如圖1和2。

圖1所示周期來壓期間支架安全閥開啟率較高，共監測到7次來壓，來壓步距分別為26.4m、10.9m、12.8m、12.4m、17.2m、16.2、15.4m。

圖2所示非周期來壓期間支架工作阻力一般在10000KN以下，周期來壓期間支架工作阻力達到17000KN，共監測到8次來壓，步距分別為32.4m、10.9m、12.8m、7.6m、17.2m、15.4m、10.2、16.5m。

從圖1和圖2不難看出，大周期來壓步距大約29.4m，小周期來壓步距大約14.0m。

3、結論

結合井下儀器的分析結果以及現場考察，對工作面的來壓規律進行了總結，工作面來壓規律如圖3所示。一個周期來壓的周期約為3-4天，可化分為三個階段：

（1）壓力緩和階段：上一個周期來壓工作面大面積來壓后，工作面頂板處于壓力緩和階段，此階段約持續1-2天，推進距離15-20m。

（2）壓力升高階段：隨著工作面推進距離的增加，此階段工作面頂板壓力逐漸增大，頂板局部來壓，此階段持續約1天，推進距離5-10m左右。

（3）大面積來壓階段：頂板壓力增加到一定程度后，誘發工作面大面積來壓，頂板壓力普遍較大，來壓影響距離5-10m左右，高壓力持續一段時間后，進入下一個周期的壓力緩和階段。

參考文獻：

[1]錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M]，中國礦業大學出版社，2010.

[2]周詩建，周華龍.礦山壓力觀測與控制[M]，重慶大學出版社，2010.

[3]錢鳴高，繆協興，許家林.巖層控制的關鍵層理論[M]，中國礦業大學出版社，2003.

作者簡介：田紀龍，男，1988-，漢族，籍貫江蘇連云港，本科，助理工程師，主要從事煤礦項目管理工作。