同忻礦C3-5#綜放工作面8101-2頂板來壓規律的研究

馬占新

0 引言

大同煤礦集團同忻礦特厚煤層綜采放頂煤開采中，頂板來壓有其特殊性，一般為初次來壓顯現小、而周期來壓顯現強烈。本文針對該礦C3-5#層北一盤區西綜放工作面8101-2通過運用橢球體放礦理論，經過實測數據驗證，從而掌握了同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2頂板來壓的特殊規律，實現了安全開采。

1 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2概況

同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西地面位于鄭家嶺村南部，主要大溝為杏樹溝、后溝及兩側的山坡、山梁地帶。蓋山厚度平均442.8 m。8101-2工作面設計走向長890.5 m，可采走向長760.5 m，傾向長235 m，煤層為復雜結構，含夾石層8 層左右，夾石厚度0.10 m～0.34 m，煤層厚度平均為15.1 m，煤層傾角平均2°。老頂為粗砂巖，平均厚度為9.69 m，巖性特征為分選中等，次圓狀，堅硬，夾波狀層理和平行層。直接頂為高嶺巖、炭質泥巖，平均厚度為2.29 m，巖性特征為灰褐色，參差狀斷口，貝殼狀斷口，條痕為灰黑色。偽頂無。本工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤開采的采煤方法，放頂煤方式采用多輪分層順序放煤，按一刀一放，頂板管理采用自然垮落法。設備采用SL-500 型采煤機進行割煤、ZF15000/27.5/42 型低位放頂煤支架進行支護、JOY 公司42×1000×268AFC 型前部刮板運輸機及JOY 公司42×1250×268AFC 型后部刮板運輸機進行運輸，據地質資料計算，刀煤割煤量為996噸，放煤量為2 445噸，其中液壓支架工作阻力15 000 kN，底板前端比壓2.48 MPa～3.26 MPa，支護強度為1.46 MPa，完全能滿足頂板來壓時的支護要求。

2 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2 頂板來壓規律

2.1 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2頂板來壓實測數據

同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2 共有支架數量138 架，分別在6#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95#、105#、115#、133#支架上，安設12 個山東尤洛卡生產的KJ216支架工作阻力在線監測系統壓力分機，然后由計算機監測系統對工作面支架的載荷及其工況連續不間斷地在線監測，所測的壓力值通過數據線傳輸到地面計算機系統進行數據分析。同時在每架支架上安裝一組瞬時YHY-60 數顯壓力表，用于當班支架工即時檢測支架的初撐力和工作阻力。通過5個月14次的監測及現場觀測，支架來壓時最大工作阻力42 MPa（安全閥開啟值），煤壁炸幫可達1.5 m 左右，影響范圍工作面的80%左右的支架，并且局部有支架歪斜現象。同忻礦綜放工作面C3-5#層西8101-2 工作面周期來壓實測數據，見33頁表1。

表1 同忻礦綜放工作面C3-5#層西8101-2工作面周期來壓實測數據

2.2 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2頂板來壓總結

根據相關理論研究［1-3］和現場實測數據，同忻礦綜放工作面C3-5#層西8101-2頂板礦壓規律為：頂煤初次垮落步距15 m，直接頂初次垮落布距24.65 m，初次來壓布距30 m，來壓顯現不強烈，周期來壓礦壓顯現強烈，具體總結如下：

1、周期來壓與開采速度成反比，采的快，則步距小；采的慢，則步距大。步距為17 m～25 m，每推進50 m 將會有一次大的來壓，并且50 m 內最多來3 次來壓。同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2 的日產量與周期來壓對比關系，如圖1所示。

圖1 同忻礦綜放工作面C3-5#層8101-2的日產量與周期來壓對比關系

2、周期來壓現象顯現為支架頂梁上頂煤下漏，底座有歪斜，煤壁有炸幫。分析認為：前腳拱軟煤區域失穩垮落，在支架接頂差拘不住煤的情況下，大量煤溜出。在后腳拱底板壓力的作用下，由于應力向較軟的方向平移，就造成支架向較軟的方向傾斜。同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2 周期來壓礦壓顯現示意，如圖3所示。

圖2 同忻礦綜放工作面C3-5#層8101-2周期來壓礦壓顯現示意

3、周期來壓與地質關系：只要在工作面底板出現基底沖刷，在其煤頂上方勢必形成一條軟煤帶，大小、厚薄、等需根據工作面實際情況定，通過實際鉆探可得出［4]。同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2周期來壓與地質關系示意，如圖4所示。

圖3 同忻礦綜放工作面C3-5#層8101-2周期來壓與地質關系示意

2.3 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2現場采取的措施

1、在礦壓顯現較為明顯特殊區域，如：83#-95#架范圍執行超前拉架，防止頂煤下溜（原則上不主張超前拉架）。

2、在礦壓顯現較為明顯特殊區域，如：83#-95#架范圍做到支架挺起，嚴禁前探梁和整個支架下栽，加強前柱的初撐力管理，一定升緊。

3、機組切割過程中保證采高的前提下，底板割平。仍按17 m～25 m 來壓區間，每推進50 m 將有一次大的來壓，屆時加強支架的管理特別是中部支架的管理，加速推進，減少應力顯現。

4、周期來壓、巷道頂板變裂、順槽炸幫大時不建議退錨。工作面壓力大，片幫大時建議不放煤或少放煤，頭四尾五過渡支架不放煤。其他特殊情況下，也可不執行退錨。

5、加強工作支架初撐力管理，機道頂煤碎，片幫大，煤體松軟等情況下，要及時采取超前移架，快速推進和單向割煤等方式快速通過壓力區，防止漏頂事故的發生。

6、超前支護，端頭支護及關門柱要嚴格按照作業規程定的工藝工序支設，并上齊防倒，防墜裝置并使工作面所有的安全出口不低于1.8 m，寬度不低于0.8 m，防止倒柱，墜梁傷人。

7、嚴格按照作業規程規定的退錨時間和范圍，進行退錨工作，防止采空區懸板超標，造成工作面煤壁懸臂梁，出現炸幫等頂板事故發生。

3 結論

通過以上來壓規律的研究，不僅使同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區西8101-2達到了精采、細采，還實現了安全、快速開采，值得進一步推廣。如利潤擬按50 元/t 計算，該工作面則多采出60 m，煤量25.53 萬t，獲利1 276.5萬元。