麥捷煤礦綜放工作面礦壓顯現(xiàn)實測分析

（山西潞陽煤炭投資經(jīng)營管理有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司150506綜放工作面位于井田新區(qū)中部，工作面北面為150502采空區(qū)，南面為實體煤，西面為井田邊界，東面為三條大巷（15#南回風大巷、15#南皮帶大巷、15#南軌道大巷）。工作面走向長度205m，傾斜長度817m，開采15#煤層，煤層厚度6.1～6.70m，多含一層泥巖（0.2 m），平均煤厚6.40m，煤層頂板為石灰?guī)r、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。

15506工作面采用綜合機械化放頂煤開采，采煤機割煤高度為2.8m，放頂煤高度為3.6m，采放比為1：1.29，采煤機截深為0.8m，工作面采煤機型號為MG300/730-1.1D，工作面液壓支架型號為ZF4800/17/33，初撐力為3450 kN，工作阻力為4800 kN，另外工作面兩端布置有端頭支架各三組，型號ZFG6500/21/36，工作阻力6500 kN，端面距為0.34 m。

為掌握15#煤層綜放工作面的礦壓顯現(xiàn)特征，決定對150506綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行實測分析。

2 支架工作阻力實測

為掌握150506綜放工作面回采期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，決定對液壓支架工作阻力進行監(jiān)測作業(yè)。監(jiān)測方案劃分為工作面上部、中部及下部。其中工作面上部監(jiān)測20#、24#液壓支架；工作面中部監(jiān)測56#、60#液壓支架；工作面下部監(jiān)測86#、90#液壓支架。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠得出液壓支架工作阻力與工作面開采長度之間的關(guān)系，進而得出工作面回采期間上覆巖層的運動規(guī)律。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，工作面上部、中部及下部區(qū)域內(nèi)液壓支架的工作阻力表現(xiàn)為相同的趨勢。現(xiàn)以20#、60#和90#支架分別代表工作面上部、中部及下部區(qū)域，分析其工作阻力，總結(jié)其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

1）工作面上部區(qū)域

根據(jù)工作面回采期間工作面上部20#和24#液壓支架的工作阻力曲線可知，曲線基本保持一致，現(xiàn)具體以回采期間20#支架的工作阻力進行分析，其循環(huán)末阻力與時間加權(quán)阻力見圖1。

圖1 20#液壓支架工作阻力曲線

分析圖1可知，150506工作面回采期間，上部區(qū)域的平均周期來壓步距為16.9m，來壓的影響范圍約為5.5m，在來壓期間，支架的循環(huán)末阻力和時間加權(quán)工作阻力的平均值分別為3566 kN和3384 kN，分別占到支架額定工作阻力的74.2%和70.5%；平均動載系數(shù)分別為1.19和1.21。

2）工作面中部區(qū)域

根據(jù)工作面回采期間工作面中部56#和60#液壓支架的工作阻力曲線可知，曲線基本保持一致，現(xiàn)具體以回采期間60#支架的工作阻力進行分析，其循環(huán)末阻力與時間加權(quán)阻力曲線見圖2。

圖2 60#支架工作阻力曲線

分析圖2可知，150506工作面中部的平均來壓步距為22m，中部基本頂周期來壓時，平均的影響范圍約為7.9m，在來壓過程中，支架的循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力分別為3802.9 kN和3356.7 kN，分別占到支架工作阻力的79.2%和69.9%，平均動載系數(shù)分別為1.17和1.19。

3）工作面下部區(qū)域

根據(jù)工作面回采期間工作面下部86#和90#液壓支架的工作阻力基本保持一致，現(xiàn)具體以回采期間90#支架的運行狀況進行分析，其循環(huán)末阻力與時間加權(quán)阻力見圖3。

圖3 90#液壓支架工作阻力曲線

分析圖3可知，工作面回采期間，下部區(qū)域周期來壓平均步距約為16.4m，來壓的平均影響范圍約為5.7m，工作面來壓過程中，液壓支架的循環(huán)末阻力和時間加權(quán)平均阻力分別為3881.8 kN和3521.1 kN，其分別占到支架額定工作阻力的80.8%和73.3%；平均動載系數(shù)分別為1.32和1.37。

基于上述分析，150506工作面回采期間工作面上部、中部及下部區(qū)域基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄喾謩e為16.9m、21.9 m和16.4m，工作面平均來壓步距為18.4 m；工作面中部周期來壓的平均影響范圍相對較大，平均約為7.9m，工作面兩端頭支架周期來壓的影響范圍相對較小，平均約為5.6m，工作面整體的平均周期來壓步距為18.4m，整體周期來壓的平均影響范圍為6.36 m；支架的動載系數(shù)表現(xiàn)為工作面兩端頭大、中部小的特征。

3 支承壓力實測

3.1 原巖應(yīng)力確定

為分析掌握工作面回采期間，支承壓力的分布規(guī)律，現(xiàn)計算工作面原巖應(yīng)力的大小[1-2]，視上覆巖層的重量為原巖應(yīng)力，表達式為：σ=γH。

根據(jù)工作面平均埋深為328m，結(jié)合覆巖特征區(qū)上覆巖層的平均體積力為25 kN/m3，具體代入上式中計算得出，150506工作面的原巖應(yīng)力為8.2MPa。

3.2 超前支承壓力實測

為掌握150506工作面回采期間超前支承壓力的分布規(guī)律，現(xiàn)采用在單體液壓支柱上安設(shè)壓力計的方式進行監(jiān)測分析[3-4]，在工作面運輸順槽與回風順槽超前工作面60m的位置處分別布置一個測站。

根據(jù)測站的監(jiān)測結(jié)果，能夠得出工作面回采期間，進風順槽和回風順槽內(nèi)單體柱的壓力曲線見圖4。

圖4 單體柱壓力曲線

分析圖4可知，單體柱的壓力數(shù)值隨著距離工作面距離的減小表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，運輸順槽順槽內(nèi)的單體柱的壓力在距工作面煤壁約50m的位置處開始逐漸增大，一直增大到單體柱距工作面煤壁13m的位置，其中在單體柱距離工作面13～24m的范圍內(nèi)，單體柱壓力的增幅較大，單體柱壓力在距工作面煤壁13m的位置為最大值，為16.3MPa，單體柱距工作面0～13m的范圍壓力逐漸減小；回風順槽內(nèi)單體柱隨著距工作面煤壁距離的減小，同樣表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，單體柱壓力的峰值在距離工作面煤壁12m的位置，為16.3MPa。

基于上述分析，150506工作面的超前支承壓力范圍為超前工作面50m的范圍，超前支承壓力的峰值在工作面前方約13m的位置，支承壓力的集中系數(shù)為1.8～1.9。

3.3 側(cè)向支承壓力實測

為掌握15056工作面?zhèn)认蛑С袎毫Γ诠ぷ髅婊夭善陂g，在運輸順槽煤柱布置監(jiān)測站，測站布置在超前工作面70m的位置，通過在煤柱內(nèi)安裝鉆孔應(yīng)力計的方式進行監(jiān)測作業(yè)[5]，在煤柱深度3～13m范圍內(nèi)安設(shè)，鉆孔應(yīng)力計每間隔2 m一個，安裝到煤柱13 m深度的位置處，共計安裝5個鉆孔應(yīng)力計，均垂直于煤柱幫部安設(shè)，具體側(cè)向支承壓力監(jiān)測站布置形式見圖5。

圖5 側(cè)向支承應(yīng)力監(jiān)測站布置

根據(jù)工作面回采期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，現(xiàn)具體以測站距離工作面40 m和20m時側(cè)向支承壓力的數(shù)據(jù)進行分析，具體曲線見圖6。

圖6 工作面?zhèn)认蛑С袎毫η€

分析圖6可知，當側(cè)向支承壓力測站與工作面煤壁距離為40m時，此時側(cè)向支承壓力的最大值在距離采空區(qū)側(cè)7m的位置，其值為9.5MPa；隨著工作面回采作業(yè)的進行，當測站與工作面煤壁之間的距離為20m時，此時側(cè)向支承壓力的最大值同樣在距煤柱采空區(qū)側(cè)7m的位置，其值為10.6MPa，據(jù)此可知側(cè)向支承壓力的集中系數(shù)為1.16～1.29，煤柱極限平衡區(qū)的范圍為0～7m，且側(cè)向支承壓力峰值位置相對穩(wěn)定。

4 結(jié)語

根據(jù)150506工作面的地質(zhì)條件，通過監(jiān)測工作面回采期間的液壓支架的工作阻力，得出工作面周期來壓平均步距為18.4m，液壓支架的動載系數(shù)表現(xiàn)為工作面兩端頭大、中部小的特征；通過現(xiàn)場實測得出工作面超前支承壓力影響范圍為0～50m，支承壓力的峰值在工作面前方約13m的位置，集中系數(shù)為1.8～1.9；側(cè)向支承壓力峰值在在距煤柱采空區(qū)側(cè)7m的位置，集中系數(shù)為1.16～1.29。