埋深不規(guī)則綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

袁 猛

(山西省陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)沙鋼礦業(yè)投資有限公司，山西 臨汾 043500)

隨著技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)礦壓顯現(xiàn)的研究愈發(fā)廣泛，但對(duì)于綜放開(kāi)采的研究并不是很多。當(dāng)前，綜放開(kāi)采是我國(guó)煤層開(kāi)采的重要途徑之一，對(duì)于埋深不規(guī)則綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析，可為掌握礦壓規(guī)律，確定工作面支護(hù)強(qiáng)度等具體工作提供重要依據(jù)[1]。

1 礦井基本概況

本文主要研究的S煤礦，礦區(qū)內(nèi)主采煤層是6號(hào)煤層，平均厚度16.9 m，煤層傾角3°～5°。頂板巖層主要為砂巖、泥巖等；底板巖層則以沙質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖為主。S煤礦的6204工作面在+1 080 m水平，工作面埋深為170 m～200 m，其工作面分為兩段，A段開(kāi)切眼長(zhǎng)為86.4 m，推進(jìn)長(zhǎng)度222 m，B段開(kāi)切眼長(zhǎng)126.5 m，推進(jìn)長(zhǎng)度371 m，6204工作面采用長(zhǎng)壁放頂煤采煤法，后退式開(kāi)采，煤層厚度10 m，切割高度3 m，放煤高度7 m。工作面選用ZF9000/17/32型支撐掩護(hù)式液壓支架作中間架，主運(yùn)輸巷斷面4.6 m×2.9 m，輔運(yùn)輸巷斷面為4.2 m×2.9 m，頂錨桿使用Φ18 mm×2 100 mm無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm，鋪設(shè)10號(hào)單層菱形金屬網(wǎng)，每3 000 mm打1個(gè)根錨索。工作面?zhèn)葞筒课挥忙?6 mm×1 600 mm的玻璃鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm，鋪設(shè)塑料尼龍網(wǎng)。煤柱側(cè)幫部分，則采用Φ18 mm×1 600 mm縱筋螺紋鋼錨桿，設(shè)置間排距為1 000 mm×1 000 mm，并設(shè)10號(hào)單層菱形金屬網(wǎng)[2]。

2 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

2.1 支架礦壓顯現(xiàn)

礦井的5、15、25、35、45、55、65、75、82號(hào)工作面上，分別安設(shè)了CDW-60R型支架壓力記錄儀，由于工作面分A、B兩段，分別對(duì)這兩段做出分析。

A段工作面來(lái)壓方面，A段開(kāi)切眼寬86.4 m，在6204工作進(jìn)行54 m推進(jìn)時(shí)，在15、25、35、45號(hào)支架都有一次強(qiáng)烈的來(lái)壓，因此，確定A段工作面基本頂初次來(lái)壓，步距平均為54 m，動(dòng)載系數(shù)達(dá)到1.65左右，是比較劇烈來(lái)壓顯現(xiàn)，之后，再次測(cè)量，動(dòng)載系數(shù)略微降低[3]。表1為A段步距與動(dòng)載系數(shù)規(guī)律。

表1 6204工作面A段來(lái)壓步距(部分)

B段工作面來(lái)壓方面，B段工作面開(kāi)切眼寬126.5 m，在6204工作面B段推進(jìn)33.2 m的情況下，工作面支架有一次強(qiáng)烈的基本頂初次來(lái)壓，平均步距33.2 m，平均動(dòng)載系數(shù)為1.59，來(lái)壓顯現(xiàn)較劇烈。第162頁(yè)表2為B段步距與動(dòng)載系數(shù)規(guī)律。

由表1、表2可以得出：當(dāng)工作面開(kāi)切眼寬度由86.4 m增長(zhǎng)到126.5 m時(shí)，工作面增加了25%，加之，推進(jìn)到切開(kāi)眼變化段時(shí)，工作面停止了很長(zhǎng)一段時(shí)間，B段初次來(lái)壓比后面大。因此，通過(guò)對(duì)比分析可知，工作面增加以后，頂板的斷裂活動(dòng)超前和充分采動(dòng)來(lái)的時(shí)間較早，所以造成初次及周期的來(lái)壓步距減小，動(dòng)載來(lái)壓強(qiáng)烈程度也隨之降低。

表2 6204工作面B段來(lái)壓步距(部分)

2.2 巷道變形分析

為了解工作面推進(jìn)期間回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，S礦井在巷道中設(shè)置了表面位移檢測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過(guò)工作面開(kāi)切眼到測(cè)點(diǎn)的距離，分別檢測(cè)了巷道兩幫和頂?shù)装宓奈灰茢?shù)量和推進(jìn)距離的關(guān)系。通過(guò)研究檢測(cè)結(jié)果得出，在工作面推進(jìn)時(shí)，回采巷道的變形量小，即便是在初次來(lái)壓和周期來(lái)壓的間隙，最大變形量?jī)H為10 mm，變形情況也無(wú)明顯變化。由于工作人員對(duì)最大變形量無(wú)法進(jìn)行區(qū)分，工作面前方影響區(qū)、劇烈影響區(qū)的辨別工作很難通過(guò)巷道變形分析的方式進(jìn)行[4]。

3 超前應(yīng)力的監(jiān)測(cè)和探測(cè)

3.1 持續(xù)監(jiān)測(cè)采動(dòng)應(yīng)力

1) 工作面煤壁側(cè)采動(dòng)應(yīng)力的變化規(guī)律。首先，在采動(dòng)應(yīng)力連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選擇上，KJ-25煤力檢測(cè)系統(tǒng)將用于監(jiān)測(cè)中，此系統(tǒng)由KJ25-F礦用本安型壓力監(jiān)測(cè)分站、鉆孔應(yīng)力以及KJ25-Z信號(hào)轉(zhuǎn)換器組合而成。其次，在具體實(shí)施步驟方面，測(cè)試人員在6204工作面回風(fēng)巷中的工作面煤壁側(cè)面，工作面煤柱，安裝了1號(hào)～6號(hào)，共6支鉆孔應(yīng)力計(jì)，其安裝深度分別為3、5、7、9、11、13 m。應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，工作面在回采到距離1號(hào)鉆孔應(yīng)力計(jì)2.1 m時(shí)，應(yīng)力開(kāi)始急速增大，到0.1 m時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)工作面回采到距離3號(hào)鉆孔應(yīng)力計(jì)4.9 m時(shí)，此處的應(yīng)力開(kāi)始急速增大，且到4.4 m時(shí)應(yīng)力達(dá)到最大值；在工作面回采到距離6號(hào)鉆孔應(yīng)力計(jì)4.2 m時(shí)，應(yīng)力在此處急劇增大，并到3.2 m處達(dá)到最大值。綜上所述，6204工作面基本上沒(méi)有前方影響區(qū)，超前劇烈影響范圍在距離煤壁5 m以?xún)?nèi)，超過(guò)5 m以后工作面的超前支承應(yīng)力變化會(huì)減小[5]。

2) 煤柱側(cè)采動(dòng)應(yīng)力的變化規(guī)律。當(dāng)工作面推進(jìn)到距離1號(hào)鉆孔應(yīng)力計(jì)0.6 m時(shí)，鉆孔應(yīng)力計(jì)相對(duì)值雖然變化較小，但也開(kāi)始發(fā)生變化，推進(jìn)到8.9 m后，相對(duì)值開(kāi)始快速增加并在推進(jìn)至9.6 m以后達(dá)到最大值。因此，煤柱側(cè)的超前劇烈影響的范圍較小，其工作面后方影響范圍為8.9 m～9.6 m。煤柱側(cè)采動(dòng)應(yīng)力的變化如圖1所示。

圖1 煤柱側(cè)采動(dòng)應(yīng)力的變化

3.2 CT探測(cè)采動(dòng)應(yīng)力

采動(dòng)力探測(cè)采用PASAT-M型便攜式微震探測(cè)系統(tǒng)，PASAT-M基于地震波層析成像技術(shù)(即地震波CT技術(shù))，通過(guò)地震波穿越煤礦或巖體時(shí)能量的變化，可得到煤巖體中地震波速度或者地震波衰減程度的圖像，可以較為簡(jiǎn)便地得出煤體的地質(zhì)構(gòu)造及應(yīng)力異常部分以及煤層厚度變化等異常區(qū)域。這項(xiàng)技術(shù)為煤礦開(kāi)采過(guò)程中在工作面開(kāi)采設(shè)計(jì)、動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防治效果檢驗(yàn)及安全工作實(shí)施方法的制定提供了重要理論與現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)通過(guò)層析成像探測(cè)，獲得了35炮，每炮12道，共420項(xiàng)地震數(shù)據(jù)。在儀器進(jìn)行探測(cè)時(shí)，沒(méi)有噪聲等其他因素的干擾，因此基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為科學(xué)。煤層在開(kāi)采過(guò)程中，工作面內(nèi)不同位置會(huì)發(fā)生應(yīng)力變化，地震波在應(yīng)力低的位置傳播速度慢；地震波在應(yīng)力高的位置傳播速度較快，呈現(xiàn)一種高速傳播特征。如，地震波突然出現(xiàn)高速異常現(xiàn)象，可能是應(yīng)力集中區(qū)域或煤厚變薄區(qū)域。具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)地震波波速位于工作面附近，且距離工作面0 m～20 m，在靠近工作面一側(cè)CT異常，同時(shí)，根據(jù)工作人員現(xiàn)場(chǎng)勘查，煤層厚度、矸石等客觀條件與其他區(qū)域變化不大，且沒(méi)有構(gòu)造，可判斷此處是應(yīng)力集中區(qū)。若CT異常值不高，地點(diǎn)位于輔運(yùn)巷道附近，位置在距工作面55 m～95 m處，則可判斷此處是煤層變薄區(qū)域[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，不規(guī)則工作面的來(lái)壓步距和開(kāi)切眼長(zhǎng)度有關(guān)，開(kāi)切眼長(zhǎng)度越長(zhǎng)，來(lái)壓步數(shù)減小，來(lái)壓強(qiáng)度就越低；此外，工作面推進(jìn)時(shí)，巷道無(wú)明顯變形，同時(shí)，該工作面支承壓力超前影響范圍僅為5 m，超過(guò)5 m后工作面超前支承壓變化小。通過(guò)分析可得，工作面加長(zhǎng)，來(lái)壓步距減小，動(dòng)載來(lái)壓強(qiáng)烈程度也隨之降低。因此，工作人員在進(jìn)行煤礦作業(yè)時(shí)，可充分參考以上數(shù)據(jù)，保證作業(yè)安全。