大采高綜采末采礦壓規律實測研究

李宗霖(山西宏廈第一建設有限責任公司，山西 陽泉 045000)

大采高綜采末采礦壓規律實測研究

李宗霖
(山西宏廈第一建設有限責任公司，山西 陽泉 045000)

以某礦3303工作面開采為背景，基于礦壓實測及理論研究、工作面頂板控制經驗，采用現場實測、理論分析相結合的方法，充分研究工作面末采階段礦壓規律，為工作面安全生產提供理論依據。基于實測礦壓規律，調整3303面的推進速度，使工作面貫通回撤通道時，避開頂板來壓，實現工作面的順利貫通。

末采；礦壓規律；推進速度；帶壓推進

末采礦壓規律不僅可以確定合理的工作面終采線位置，提高煤炭資源采出率，同時對綜采末采安全高效生產也具有重要意義。研究表明，末采礦壓規律與工作面正?；夭上啾扔衅涮厥庑訹1]，不能將正常回采階段的礦壓規律用于指導工作面末采期間的安全生產。

工作面頂板結構模型是回采工作面上覆巖層運動規律的直觀量化表現[2]. 頂板相對穩定步距是等壓開采技術中的一個關鍵判別指標。而工作面支架工作阻力對頂板厚度的確定，工作面推進速度與頂板來壓步距的關系對指導工作面帶壓推進起到重要的作用[3]. 研究揭示末采礦壓規律對指導工作面安全高效生產，實現安全快速搬家倒面具有現實意義。

因此，本文結合某礦3303工作面的末采，綜合采用現場實測和理論分析開展大采高綜采末采礦壓規律的研究，從而與已有的研究成果形成一個整體，為礦區其他工作面的開采提供理論基礎和借鑒。

1 工作面末采期頂板運動規律的實測研究

1.1工程背景

某礦3303工作面長度300.58 m，末采期采高平均4.0 m. 工作面頂板分層較多，有一層較厚的細粒砂巖，見表1. 工作面推進至預判的停采等壓位置(距主回撤通道6.6 m)時，工作面頂板正處于來壓階段。

表1 3303工作面頂板巖性表

1.2工作面礦壓顯現

工作面末采期的宏觀礦壓顯現對于指導工作面等壓開采和工作面與回撤通道的貫通具有重要意義。宏觀礦壓顯現主要由支架工作阻力和頂板運動步距來反映。3303工作面選擇32#、34#、88#、89#、136#和137#支架作為測線，進行支架工作阻力的監測和統計。

1.2.1支架工作阻力

實用礦山壓力理論中，支架工作阻力對估算直接頂和基本頂厚度起到關鍵性作用。通過現場實測，統計了3303工作面6條測線處支架來壓前后的均值工作阻力，見表2，表3.

表2 頂板來壓前支架壓力表

表3 頂板來壓時支架壓力表

1.2.2工作面推進速度與頂板來壓步距的關系

1) 每天割煤18～19刀，日進尺14.4～15.2 m時，中部支架來壓步距平均值13.4～16.2 m，平均14.5 m.

2) 每天割煤14～16刀，日進尺11.2～12.8 m時，中部支架來壓步距為8～15.2 m，平均11.2 m，持續步距4～6.4 m，平均5.2 m.

3) 每天割煤8～10刀，日進尺6.4～8 m時，中部支架來壓步距7.2～9.6 m，平均8.4 m，持續步距2.4～4 m，平均3.2 m.

4) 上、下部支架滯后中部支架1.5～2.4 m來壓。

1.3工作面末采階段頂板結構模型的構建

1.3.1直接頂運動參數的計算

1) 直接頂巖層斷裂步距。

直接頂巖層斷裂步距按懸臂梁公式計算LOZ，見式(1)：

(1)

式中：

LOZ—直接頂單巖層初次斷裂步距，m；

MZ—直接頂單巖層厚度，m；

[σ]—巖層抗拉強度，MPa；

γ—巖層容重，kN/m3.

2) 懸頂系數。

懸頂系數fZ計算公式見式(2)和式(3)：

(2)

(3)

式中：

S0—支架合力作用點距煤壁距離，m，對于綜采支架，一般S0=0.5LK，則nZ=0.5. 因此：

(4)

3303工作面支架最小控頂距LKmin=5.14 m，最大控頂距LKmax=5.94 m，則平均控頂距LK=(LKmin+LKmax)/2=5.54 m.

假定工作面直接頂由頂板①～④ 4個分層組成，各分層巖層的懸頂距和懸頂系數見表4.

表4 3303工作面直接頂巖層懸頂系數計算表

3) 工作面直接頂厚度[4].

假定直接頂組成中①～③巖層為其組成部分，根據工作面來壓前頂板壓力計算直接頂厚度，將①～③3個巖層代入式(5)：

PT1=1.05(∑MZi·γZi·fZi)

(5)

式中：

PT1—來壓前支架支護強度，MPa；

MZ—分層直接頂厚度，m；

γZi—分層直接頂容重，kN/m3；

fZi—分層直接頂懸頂系數。

當i=1時，計算得到PT1=0.03 MPa；i=3時，PT1=0.47 MPa；i=4時，PT1=7.72 MPa，計算結果見表4.

對比直接頂不同巖層組合時工作面來壓前可能的頂板壓力計算和實測值，可知直接頂厚度由①+③巖層組成時，來壓前計算頂板壓力和工作面支架實測的來壓前平均支護強度0.67 MPa相差較小。所以3303工作面頂板由①～③巖層組成工作面直接頂，厚度為MZ=5.66 m.

1.3.2基本頂厚度的確定

根據實測礦壓參數由式(6)計算基本頂的厚度ME.

(6)

式中：

PT—周期來壓時頂板壓力，MPa，取1.03；

A—工作面直接頂巖重，A=25 kN/m3×5.66 m=0.14 MPa；

ME—基本頂基準厚度，m；

γE—基本頂容重，kN/m3，取25；

c—基本頂周期來壓步距，m，實測均值取14.0；

KT—基本頂巖重分配參數，直接頂非常薄，一般取2；

LK—工作面平均控頂距，m，取5.54.

即：

(7)

由式(7)計算得到的3303工作面基本頂基準厚度為ME=28.2 m.

進一步與3303工作面巖層綜合柱狀圖比對可知：3303工作面基本頂由1層細粒砂巖巖層組成，為平均厚度ME=17.33 m.

1.3.3工作面頂板結構模型

工作面頂板結構模型見圖1.

主要特征參數如下：

1) 末采階段工作面平均采高4.0 m.

2) 直接頂由平均厚度1.11 m砂質泥巖，3.55 m細粒砂巖和1.00 m泥巖組成，部分直接頂隨采隨冒。

圖1 工作面頂板結構模型圖

3) 基本頂平均厚度為17.33 m的中粒砂巖，基本頂周期運動步距為14.7 m.

2 末采礦壓規律的應用

5月1日凌晨1點12分，38.6 m位置處于來壓階段。根據工作面推進速度與頂板來壓步距的關系，預計工作面貫通位置處于來壓狀態。

為使工作面貫通回撤通道時避開周期來壓，可通過改變推進速度來實現。調整推進速度后，5月1—2日，按照10刀組織生產；5月3日，再推3 m左右至鋪網位置，鋪網時按正常速度推進。現場觀測到，當工作面推進至距主回撤通道6.6 m時，工作面頂板正處于來壓階段，基本頂斷裂位置和預計基本頂斷裂位置見圖2.

圖2 距回撤通道6.6 m時頂板結構示意圖

此時無需等壓，繼續向前推進便可在剩余階段推過來壓影響區域，在工作面與主回撤通道貫通之前保證結束頂板來壓?，F場觀測到，繼續向前推進3.5 m時，工作面頂板來壓結束。按正常推進速度推進(日割煤14～16刀)，周期來壓步距平均11.2 m，來壓持續步距平均5.2 m，預計基本頂在本次來壓結束后，下一次斷裂位置距主回撤通道(寬度5 m)副幫3.1 m，見圖2.

由以上分析可知，分析末采階段停采等壓前2～3次周期來壓規律，有利于對工作面以后的來壓位置做出預判，然后可通過調整推進速度，避免工作面長時間的等壓。

3 結 語

末采階段的礦壓規律，尤其是末采階段停采等壓前2～3次周期來壓規律對指導工作面順利貫通回撤通道起到關鍵性作用。本文結合3303工作面的末采對大采高綜采末采礦壓規律進行研究，主要結論有：

1) 通過實測支架工作阻力，分析得到工作面末采階段的周期來壓步距為14 m，顯著運動步距為5.9 m，相對穩定步距均值為8.0 m，分析計算得到直接頂和基本頂厚度分別為5.66 m和17.33 m，部分直接頂隨采隨冒，基本頂隨工作面推進周期性破斷。

2) 可通過調整推進速度，改變工作面來壓位置，既能保證工作面帶壓推進，在工作面貫通主回撤通道時，工作面設備的回撤免受頂板來壓的影響，又能避免工作面長時間等壓。

3) 依據實際監測的礦壓規律，當工作面推進至距主回撤通道6.6 m時，選擇帶壓推進。在工作面與回撤通道貫通時，避開了頂板來壓，實現了工作面的順利貫通。

[1] 高登彥,楊金樓.大柳塔煤礦52煤7 m大采高綜采工作面支架工作阻力分析[J].中國礦業,2016,25(2):80-84，101.

[2] 楊 娟.大采高綜采工作面末采階段來壓規律與頂板控制技術[J].煤炭工程,2015,47(10):54-57.

[3] 李振華,趙銀虎.大采高工作面末采頂板結構及控制技術研究[J].山西焦煤科技,2016,40(7):16-18.

[4] 高登云.7 m大采高綜采工作面末采期間頂板控制技術[J].煤炭科學技術,2014(10):121-124.

ResearchonMiningPressureLawofEnd-mininginFullyMechanizedCoalMiningFacewithLargeMiningHeight

LIZonglin

Takes 3303 working face in a coal mine as the background, based on the combined methods of field measurement, theoretical research and the roof management experience, the strata pressure law of ending-mining is fully studied for a theoretical basis for safety production. The mining speed in 3303 working faces is therefore adjusted timely according to the pressure law collected by site measurement, so as to avoid the peak roof pressure during and after docking of work face, making the docking more smooth.

End-mining; Mining pressure law; Mining speed; Mining under pressure

·專題綜述·

2017-08-08

李宗霖(1989—)，男，山西陽泉人，2012年畢業于中國礦業大學，助理工程師，主要從事煤礦安全生產管理工作(E-mail)cumt_exam@126.com

TD323

B

1672-0652(2017)10-0053-04