近距離煤層開采的礦壓顯現

宋 權

(山西省大同煤礦集團地煤公司，山西 大同 037001)

引 言

以往的研究中，國內外研究專家一般會將礦山壓力顯現的研究集中在一般開采條件的單一工作面當中，很少有研究者對近距離煤層開采所具有的壓力顯現規律進行分析。對于礦山壓力來說，近距離煤層工作面由于巷道布置和支護方式獨特，因此在壓力顯現方面其規律也值得認真分析。對于近距離煤層開采來說，研究其壓力顯現規律能夠實現頂板控制，提升生產安全。

1 近距離煤層工作面礦壓觀測

現階段在近距離煤層礦壓觀測方法當中，一般工作人員會對工作面下部煤層的上覆巖層運動特征進行觀察，從而掌握在近距離煤層當中，煤層之間存在何種基本結構，以及基本頂結構和覆巖結構之間的關系，最終形成礦壓顯現規律的分析[1]。本文在進行研究時，針對某綜放開采條件的礦山中A、B、C三個工作面進行觀測，并借助觀測數據進行對比分析。

1.1 觀測A工作面的礦壓

A工作面走向長度為800 m，北部為S08斷層，南部為預計采終線，淺部界限為S05斷層，深部界限為運輸順槽。工作面總面積約10.5萬m2，傾斜長度140 m。工作面所面向的煤層為單一煤層，煤層厚度平均4.83 m，最厚處為6.13 m，傾角為5°～30°，夾矸層不足2層，結構簡單。在煤層當中，亮煤賦存量最多，為節理發育，煤層硬度f系數平均為2.3，含矸率4.8%，發火期約為45 d。工作面上方為采空區，泥巖厚度平均1.83 m，作為工作面的直接頂，粉砂巖厚度平均2.81 m，是工作面的直接底。基于這一工作面特征，煤礦開采技術選擇了綜采放頂煤開采法，結合工作面走向，實現長壁后退，上下兩端使用ZFG型支架，并利用采煤機進行前后滾筒割煤，完成開采。為了能夠對A工作面的礦壓進行觀測，根據在工作面當中所使用的液壓支架，以7∶1的比例設置了12個壓力檢測分站，又根據工作面所具有的傾斜煤層，在將工作面分為5個測區，利用支架上方的頂板變化實現實時的數據記錄，完成壓力顯現特征的變化觀測。

1.2 觀測B工作面的礦壓

B工作面長度為650 m，總面積8.6萬m2，傾斜長度124 m。工作面煤層為復合煤層，煤層內部為褐煤，夾矸巖性多泥巖，層數達到3層，厚度約為0.58 m，含矸率5.8%。直接頂和直接底均為細砂巖和泥巖組成，直接頂為灰白色，平均厚度1.3 m，直接底為灰黑色，遇水膨脹，平均厚度為2.75 m。與A工作面相同，B工作面也采用了綜采放頂煤采煤法，實現工作面走向長壁后退，工作面上下端用ZFG型過渡支架進行支護，運用采煤機進行前后滾筒割煤，完成開采。與A工作面相似，B工作面選用了8個壓力檢測分站，通過對支架頂板變化進行實時記錄，從而實現數據統計。

1.3 觀測C工作面的礦壓

C工作面長度為430 m，總面積6.8萬m2，傾斜長度150 m，為該礦山井田煤柱線的延伸。工作面所面向的煤層為單一煤層，結構較為簡單，煤層厚度變化大，呈現由南向北厚度增加的趨勢，傾斜角度平均32°，煤層最大厚度為6.31 m，最小厚度為4.28 m，夾矸厚度0.28 m，夾矸巖性為泥巖，含矸率3.93%，煤層為褐煤，自然發火期45 d左右。煤層上部采空區煤層厚度1.73 m，開采工藝當中所使用的放頂煤支架要求煤層厚度為2.5 m以上，因此采空區煤層不予開采。采煤施工工藝與監測方法，與A、B工作面相一致。采用ZFG型過渡支架，并運用采煤機進行前后滾筒割煤，完成開采。運用一定比例壓力監測分站，對支架所對應頂板壓力變化進行記錄，從而實現數據的搜集和統計。

2 近距離煤層工作面礦壓顯現規律分析

本文所選用的壓力監測分站的數據采集和觀測方式，完成了8 h加權平均工作阻力坐標，進而繪制出5個測區支架平均工作阻力在工作面上的壓力變化曲線，結合曲線對三個工作面的礦壓顯現特點進行了總結。

2.1 A工作面礦壓顯現特點

在A工作面當中，在對觀測數據進行統計后，可以看出，工作面的初次來壓步距約為20.1 m，且整個工作面的初次來壓時間相同，來壓期間，工作面動載系數1.15，支架阻力最高超過6 000 kN，表明工作面的基本頂巖層出現破裂，工作面支架阻力極高。在與5個測區的周期來壓進行對比后，可以將A工作面的礦壓顯現特點進行總結分析。初次來壓步距20.1 m，周期來壓步距18.3 m，其中初次來壓強度約為6 529 kN，占額定阻力87%，周期來壓支架工作阻力6 157 kN，占額定工作阻力79.1%，非來壓期間平均阻力約5 694 kN，占額定工作阻力70.4%，可以表明工作面的周期來壓強度不高，持續時間短，工作面支架能夠承受。在來壓期間，上部測區相較于下部測區的工作阻力、動載系數為低，因此表明工作面下部來壓強烈[2]。

2.2 B工作面礦壓顯現特點

在對B工作面進行觀測之后，發現B工作面的初次來壓步距約為18.2 m，周期來壓的步距約為17.4 m，初次來壓與周期來壓步距差距較小。其中初次來壓強度約為6 009 kN，占額定阻力80.2%，動載系數1.17，周期來壓支架工作阻力6 213 kN，占額定工作阻力81.1%，非來壓期間平均阻力約5 223 kN，占額定工作阻力65.7%，可以表明工作面的周期來壓強度不高，持續時間短，工作面支架能夠承受。在來壓期間，對5個測區進行分析，可以看出，中部測區相較于上部測區和下部測區，動載系數更高，表明工作面在來壓時中部更加劇烈。

2.3 C工作面礦壓顯現特點

在完成了C工作面的觀測之后，發現C工作面面初次來壓步距約為30.6 m，周期來壓步距平均21.2 m。其中初次來壓強度約為6 884 KN，占額定阻力88.4%，動載系數1.24，周期來壓支架工作阻力6 478 kN，占額定工作阻力85.5%，非來壓期間平均阻力約5 368 kN，占額定工作阻力71.5%，可以表明工作面的周期來壓強度不高，持續時間短，工作面支架能夠承受。在來壓期間，對五個測區進行分析，可以看出，中部測區相較于上部測區和下部測區，動載系數更高，表明工作面在來壓時中部更加劇烈[3]。

2.4 三個工作面礦壓顯現的對比分析

三個工作面都是目前近距離煤層開采的典型工作面，在對三個工作面分別進行了觀測和來壓分析后，可以得出目前近距離煤層開采工作面的礦壓顯現的特點。通過數據對比，將三個工作面的來壓步距、平均支護阻力、額定阻力占比、動載系數等重要數據進行了統計和平均計算，得出以下特點分析。

首先，三個工作面在初次來壓或周期來壓過程中，來壓動載系數都較低，平均動載系數僅為1.19，說明近距離工作面的礦壓顯現特點使來壓顯現不明顯，支架受力主要為靜載。在工作面中，A工作面和C工作面由于煤層間距較小，使得煤層之間并沒有基本頂結構，從而形成了較高層位的巖層，在擁有松散破碎的碎矸石作為墊層后，能夠形成厚度較大、穩定性高的巖層，從而使結構失穩所形成的動態載荷無法全部作用于支架上，使動載系數降低。

其次，三個工作面的來壓步距波動大，并不均勻，且呈現出明顯的周期性變化，這說明周期性失穩表現在上覆巖層的不同層位，從而影響了整體步距。

第三，B工作面的初次來壓和周期來壓與A、C工作面相比，都呈現出步距較小的特點，這是由于B工作面作為復雜構造巖層，工作面與上部煤層之間間距不大，層次之間無法在來壓時形成基本頂，則出現煤層關鍵層的破斷，因此可以獲知，來壓步距的變化與煤層是否形成基本頂有著密切關系。

最后，在對比三個工作面的動載系數后，可以發現，C工作面的動載系數明顯高于A、B兩個工作面，這表明基本頂的周期性斷裂是會作用于動載系數的變化的重要因素之一，在近距離煤層當中，如果

存在堅硬基本頂，那么工作面將會受到來自上部關鍵層和本層基本頂的雙重作用，造成動載系數增加。

3 結論

在近距離煤層當中，礦壓顯現的特點主要表現在煤層工作面的來壓步距、動載系數和支架承受能力等方面，對礦壓顯現的特點進行判斷可以了解到不同煤層工作面的礦壓狀態，并制定符合礦壓狀態的支護方案，從而提升生產安全。

參考文獻：

[1] 錢鳴高.20年來采場圍巖控制理論與實踐的回顧[J].中國礦業大學學報，2015,5(11)：143-145.

[2] 曹勝根，繆協興.超長工作面采場礦山壓力控制[J].煤炭學報，2016,1(24)：122-123.

[3] 劉新江.刀柱式采空區下方極近距離煤層開采方法研究[J].山西煤炭，2016,1(19)：196-203.