潘一礦二水平首采面綜采礦壓顯現(xiàn)特征及控制技術(shù)研究

余剛

摘要： 為了掌握潘一礦二水平綜采面礦壓顯現(xiàn)特征，結(jié)合工作面地質(zhì)和開采技術(shù)條件，通過回采期間綜采工作面和兩巷礦壓觀測，揭示采場和巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，得到綜采面的來壓步距，來壓強度及回采引起的回采巷道變形情況，并提出了綜采工作面及兩巷的控制技術(shù)措施，為后續(xù)類似條件下工作面開采提供一定的參考依據(jù)。

Abstract： In order to master appearance characteristics of rock pressure of the second level of fully mechanized coal mining face in Panyi No.1 Mine， combined with the geological and mining conditions， and through the observation of fully mechanized coal mining face and the two-roadway mine pressure， this paper revealed the appearance regularities of mine and roadway pressure， obtaining the weighting step in fully-mechanized working face， strength and the roadway deformation， and put forward control measures of the fully mechanized working face and the two lanes， providing a reference for the subsequent working face mining under similar conditions.

關(guān)鍵詞： 深部開采；采場；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；圍巖變形

Key words： deep mining；stope；strata behavior；surrounding rock deformation

中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0102-03

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，能源需求的快速成長，新能源發(fā)展受限于成本、技術(shù)等因素的制約，在未來相當長的一段時間內(nèi)，以煤炭、石油為主能源消耗結(jié)構(gòu)還難以改變。新建成投產(chǎn)的綜合機械化開采礦井，煤層相關(guān)工作面及兩巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律尚未系統(tǒng)研究，要保障礦井高產(chǎn)高效，就要認識開采工作面的特有礦壓規(guī)律[1]。研究和掌握首采綜采工作面的采場及巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為后期工作面的生產(chǎn)管理和圍巖控制提供參考依據(jù)[2]。

1 工作面開采地質(zhì)條件

21111（1）工作面位于潘集背斜南翼，煤巖層基本上呈單斜構(gòu)造，除Ⅵ19及Ⅵ21孔附近走向有較大變化外，其余段走向一般為100～135°，傾向190～225°。工作面所采煤層為11-2煤，煤層厚度1.19～3.09m，平均2.09m，工作面走向長1800m左右，傾向?qū)?60m左右。

2 采場礦壓顯現(xiàn)特征

2.1 工作面礦壓觀測內(nèi)容

為了準確掌握潘一礦二水平首采工作面頂板初次來壓和周期來壓步距和強度等礦壓顯現(xiàn)特征[3]，分析支架與圍巖相互作用關(guān)系[4]，主要觀測內(nèi)容包括工作面液壓支架支護阻力的測定和工作面支架安全閥開啟率統(tǒng)計觀測[5]。

工作面采用支架工作阻力連續(xù)監(jiān)測儀監(jiān)測液壓支架的工作阻力，沿工作面傾向按照支架的編號從中選擇15組支架壓力觀測站組成走向測區(qū)，觀測回采面走向的支架受力特征。數(shù)據(jù)以及支架安全閥開啟情況觀測記錄在正常回采后開始，測站的位置情況見表1所示。

2.2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

2.2.1 工作面沿走向礦壓顯現(xiàn)特征

初采期間，觀察發(fā)現(xiàn)工作面風巷端3-15#支架以及工作面中部31-42#支架后方的直接頂已經(jīng)冒落；工作面中部至風巷端后方采空區(qū)直接頂基本全部冒落。依據(jù)進尺測算，可判定直接頂初次垮落步距為8～10m左右。根據(jù)采集的礦壓觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場的情況，繪制工作面的壓力隨工作面推進變化曲線，如圖1所示。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)分析，工作面老頂初次來壓步距約23.3m，在工作面推進至約13.7m時，呈現(xiàn)局部來壓，在推進至大約15.6m時，來壓比較明顯，強度較大，老頂來壓持續(xù)時間長；回采期間工作面周期來壓規(guī)律性較強，周期來壓范圍9.8～13.5m，平均來壓步距為11.5m。雖然工作面地質(zhì)條件及煤層賦存條件復(fù)雜，工作面揭露的斷層很多，在開采過程中對正常生產(chǎn)造成了一定的影響，但隨著工作面的推進，采出空間的增大，老頂總是在達到極限跨距之后有規(guī)律地斷裂，工作面的周期來壓特征明顯。

2.2.2 工作面沿傾向礦壓顯現(xiàn)特征

工作面沿傾斜方向的壓力分布具有較強的規(guī)律性，位于中部測區(qū)的49#～51#號支架工作阻力明顯大于工作面上下端部測區(qū)，其最大工作面阻力達到42.1MPa，實際觀測中發(fā)現(xiàn)，來壓期間支架安全閥部分開啟，工作面端頭的頂板來壓相對滯后。

3 回采巷道礦壓顯現(xiàn)特征

3.1 兩巷礦壓觀測方法

回采期間，通過對兩巷巷道表面位移和巷道圍巖內(nèi)部相對位移的觀測，判定巷道表面位移收斂情況以及巷道圍巖松動范圍隨工作面采動的變化規(guī)律，為工作面的兩巷支護和相鄰工作面煤柱的留設(shè)提供參考依據(jù)。

3.2 兩巷礦壓觀測方法

對工作面兩巷內(nèi)表面位移量和煤體深部位移觀測數(shù)據(jù)并進行整理，得到巷道移近量及變形速度曲線和兩巷深部基點位移變化曲線如圖2和圖3所示。

正常回采期間，隨工作面的推進，主要分布為3個主要影響區(qū)域。

①無采動影響階段。在工作面前方53m以外，該段內(nèi)巷道受回采影響很小，圍巖移動速度較小，巷道維護狀況良好。②采動影響階段。隨工作面的推進，在25～53m范圍內(nèi)，由于巷道受工作面超前支承壓力作用，巷道變形速度逐漸增加。③采動影響劇烈階段。隨工作面的推進，由于受回采動壓的強烈影響，在距工作面煤壁前方25m以內(nèi)，巷道圍巖變形劇烈，巷道變形速度明顯增大。超前影響范圍為50m，超前加強支護范圍為工作面前方25m。

4 圍巖控制技術(shù)措施

4.1 來壓期間采場圍巖控制措施

21111（1）工作面實際推進中，需采用必要的控制措施確保生產(chǎn)的安全順利進行。采場圍巖控制措施主要包括：①在初采期間，工作面支架應(yīng)加強檢修，如發(fā)現(xiàn)竄漏液應(yīng)及時處理；②支架要接實頂?shù)装澹惶岣吖ぷ髅嬷Ъ艹鯎瘟ΓЪ苌鸷螅仨毘掷m(xù)供液3～5秒，保證支架達到規(guī)定初撐力，嚴防冒頂；③若局部片幫掉頂，煤機必須停止割煤，拉超前支架、移架時，盡可能帶壓擦頂移架；④采高嚴格控制在作業(yè)規(guī)程規(guī)定范圍內(nèi)，嚴禁工作面采高超高。

4.2 煤壁片幫的控制措施

本工作面采用走向長壁開采，回采初期，煤壁片幫不是很明顯，但隨著采深的加大，煤壁支承壓力和煤壁破碎區(qū)寬度不斷增大。在工作面回采后期，采取如下措施有效預(yù)防和治理煤壁片幫。①加快工作面推進速度；②充分發(fā)揮護幫裝置的作用；③全方位連續(xù)動態(tài)監(jiān)測工作面礦壓；④加固煤壁。

4.3 回采巷道圍巖控制措施

通過兩巷礦壓實測判斷，巷道收斂率及礦壓顯現(xiàn)劇烈程度在采用U型棚支護方式下，完全可以滿足工作面的生產(chǎn)和運輸要求。為了減輕工作量和工人工作強度，在類似條件下可優(yōu)先采用錨網(wǎng)索支護，即提高工作面的推進速度，又節(jié)省巷道支護成本。同時在依據(jù)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律做好回采期間采用分段超前分級加強支護措施。

5 小結(jié)

①通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場觀測分析，21111（1）工作面初次來壓步距為23.3m，來壓強度37.8MPa，回采期間工作面周期來壓規(guī)律性較強，周期來壓范圍9.2～13.8m，平均來壓步距為11.5m。來壓強度為40.6～42.4MPa，該工作面來壓期間周期來壓規(guī)律較明顯。

②通過現(xiàn)場實測獲得的21111（1）回采巷道礦壓特征，綜采面前方25m范圍內(nèi)為采動影響劇烈區(qū)，工作面前方25m～53m為采動影響顯著區(qū)域，53m之外為采動影響不明顯區(qū)域。

③根據(jù)現(xiàn)場實際情況，提出了包括及時移架護頂、保證初撐力等措施、避免支架虛撐、防止漏頂?shù)裙ぷ髅鎭韷浩陂g頂板穩(wěn)定控制措施；提出了工作面回采期間預(yù)防和治理煤壁片幫的措施以及回采期間采用分段超前分級加強支護措施。

參考文獻：

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