石圪臺煤礦淺埋深薄煤層工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

曹榮榮

(神東煤炭集團 石圪臺煤礦， 陜西 榆林 719000)

神府東勝礦區(qū)為我國重要的能源基地，隨著開采規(guī)模的不斷擴大，一些埋藏條件較好的礦區(qū)率先回采完畢，薄煤層開采逐漸成為了該礦區(qū)面臨的新問題。該礦區(qū)大量的煤層埋深在0～100 m，為典型的淺埋深礦區(qū)[1-2]. 因此，掌握淺埋深薄煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，對于實現(xiàn)該礦區(qū)安全生產(chǎn)及后續(xù)薄煤層回采具有重要意義。以石圪臺煤礦12402淺埋薄煤層綜采工作面為背景，通過現(xiàn)場實測礦壓，分析了該工作面礦壓顯現(xiàn)特征，為該礦及周邊類似采高礦井安全回采提供科學(xué)的指導(dǎo)意義。

1 工作面概況

石圪臺煤礦位于陜西省神木市境內(nèi)，12402綜采工作面位于石圪臺井田12煤四盤區(qū)，煤層埋深70～90 m，工作面東、北側(cè)為12304短壁回采區(qū)，西側(cè)為12401采空區(qū)，南側(cè)為大渠一礦采空區(qū)。工作面長度338 m，推進(jìn)長度481.5 m，工作面布置197臺DBT8 824/17/3 535液壓支架。12402工作面基本頂為粉砂巖、風(fēng)積沙、12上煤、細(xì)粒砂巖，平均厚度14.5 m；直接頂為粗粒砂巖、粉砂巖、中粒砂巖，平均厚度4.3 m；直接底為泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖，平均厚度4.6 m. 回采面積為16.3萬m2，煤層厚度為2.7～3.2 m，平均2.9 m，設(shè)計采高2.9 m. 工作面布置見圖1.

圖1 12402工作面布置示意圖

2 礦山壓力監(jiān)測方案

12401工作面共197臺支架，將工作面分為上、中、下3個重點區(qū)域?qū)χЪ芄ぷ髯枇M(jìn)行分析，上部區(qū)域選取30#、60#，中部區(qū)域選取90#、120#，下部區(qū)域150#、180#進(jìn)行研究。每臺支架都安設(shè)有2個壓力傳感器，分別檢測左右兩立柱的實時壓力，并通過工作面電纜將每臺支架的最大壓力傳輸?shù)娇刂婆_KTC150-Z主控制器顯示屏。

將收集到的數(shù)據(jù)，利用offic軟件制作成曲面圖表，把圖表中的最低壓力設(shè)為5 000 kN，每隔500 kN用一種顏色表示，顏色越深表示頂板壓力越大。通過在連續(xù)的工作面上不同的顏色深淺顯示頂板壓力的大小，可更直觀地看出頂板巖層的活動和周期來壓的步距，為研究提供方便[3]. 人工記錄工作面頂板來壓期間的煤壁片幫程度、頂板漏矸、支架立柱下沉、安全閥開啟程度等，與頂板壓力曲面圖相結(jié)合，共同分析總結(jié)綜采工作面周期來壓規(guī)律。

3 礦壓監(jiān)測結(jié)果

3.1 直接頂?shù)某醮慰迓?/h3>

工作面推進(jìn)15 m時，采空區(qū)頂板開始垮落，34#—130#架、160#架—機尾垮落厚度0.2～1 m；130#—160#架垮落厚度0.1～0.2 m，采空區(qū)垮落頂板為大塊狀，且垮落高度較小。工作面推進(jìn)33 m時，除機頭3架未垮落，其余部分均已垮落，垮落頂板呈現(xiàn)大塊狀，垮落高度0.3～0.4 m.

3.2 基本頂初次來壓

初采期間工作面采高2.9～3.0 m. 工作面推進(jìn)至25.3 m時，40#—90#架來壓，壓力7 000～7 500 kN，壓力持續(xù)3刀后結(jié)束，基本頂初次來壓步距為27.7 m. 來壓時支架壓力現(xiàn)象不明顯，安全閥無開啟，支架立柱無下沉，40#—90#架局部煤壁片幫厚度100～200 mm，工作面漏矸200～300 mm. 采空區(qū)內(nèi)除兩端頭3#架范圍內(nèi)頂板未垮落外，其余位置均已垮落，且垮落較密集。工作面氣體正常，采空區(qū)無涌水，頂板有少量淋水。地表出現(xiàn)裂隙，裂隙寬度0.3～1 cm，裂隙滯后工作面1.4 m，地表裂隙圖見圖2.

圖2 地表裂隙圖

3.2 周期來壓

1) 來壓特點分析。

為了便于來壓特征分析，將工作面分為上、中、下3個重點區(qū)域?qū)χЪ芄ぷ髯枇M(jìn)行分析，利用支架立柱監(jiān)測儀對工作面來壓前后支架立柱行程進(jìn)行測量。7次周期來壓期間3個測區(qū)支架壓力及立柱行程見表1.

表1 各測區(qū)支架阻力及立柱行程表

由表1可以看出，工作面周期來壓期間支架工作阻力中部要明顯大于兩端，工作面各部來壓期間頂板均未出現(xiàn)明顯下沉現(xiàn)象，與現(xiàn)場礦壓顯現(xiàn)相同，并未出現(xiàn)強烈的來壓顯現(xiàn)。

2) 周期來壓步距。

由于工作面傾向較長，工作面各部位來壓步距并不同步，選取其中5次周期來壓對各測區(qū)周期來壓步距進(jìn)行分析，具體步距見表2.

由表2可知，工作面周期來壓步距呈現(xiàn)中部略大于兩端頭的現(xiàn)象，周期來壓步距集中在10～14 m，平均11.5 m.

3.3 支架適應(yīng)性分析

將工作面分為上、中、下3個重點區(qū)域?qū)χЪ芄ぷ髯枇M(jìn)行分析。支架工作阻力頻率分布是由支架工作阻力在不同區(qū)間的百分比來確定，用來分析支架的工作狀況。12402工作面初采至末采貫通共計割煤556刀，因此采集到556組壓力數(shù)據(jù)，現(xiàn)將回采整個觀測期間所采集的支架工作阻力數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，各個支架工作阻力的頻率分布情況見表3.

表2 工作面各測區(qū)周期來壓步距表

從表3可以看出，工作面各部位支架工作阻力主要集中在低阻力和正常阻力區(qū)域。支架工作阻力的主要分布區(qū)間為低阻力區(qū)域占55.4%. 正常阻力區(qū)域占31.4%，高阻力區(qū)域占11.1%，大于8 824 kN僅占1.6%，可以忽略不計，充分說明支架已經(jīng)最大限度地發(fā)揮了其性能。根據(jù)各區(qū)段來壓頻次可以看出，該套支架完全可以滿足工作面生產(chǎn)需求。整個工作區(qū)間中部壓力大于兩端頭，高阻力區(qū)域更多的發(fā)生在工作面中部，兩端頭支架工作阻力較小，來壓強度較弱。在工作面整個生產(chǎn)過程中，工作阻力主要集中在5 096～6 468 kN，現(xiàn)有支架完全能夠滿足工作面的正常生產(chǎn)需求，支架選擇合適。

4 結(jié) 論

通過對石圪臺煤礦12402淺埋深綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究，可得到以下結(jié)論：

表3 各區(qū)域支架工作阻力頻率統(tǒng)計表

1) 工作面基本頂初次來壓步距為27.7 m，現(xiàn)場來壓不明顯。

2) 工作面周期來壓步距、來壓強度，均呈現(xiàn)中部大于兩端頭的現(xiàn)象，且來壓期間礦壓顯現(xiàn)不明顯，未見明顯漏矸、片幫現(xiàn)象。周期來壓步距集中在10～14 m，平均11.5 m.

3) 在工作面整個生產(chǎn)過程中，工作阻力主要集中在5 096～6 468 kN，現(xiàn)有支架完全能夠滿足工作面的正常生產(chǎn)需求，支架選擇合適。