坪上煤業3 號煤上分層礦壓顯現規律研究

郜毅剛

（山西晉煤集團坪上煤業有限公司， 山西 晉城 048006）

1 坪上煤業Ⅲ1301（上）工作面概況

坪上煤業Ⅲ1301（上）綜采工作面東為礦界，南為端潤公路保安煤柱，西為Ⅲ1302 工作面，北為東翼軌道巷、東膠帶運輸巷、東一、二回風巷四條大巷。工作面地面標高為618.3～640.1 m，工作面標高為288～310 m，蓋山厚度為310～360 m，平均335 m?；夭擅簩訛? 號煤層。煤層厚度平均5.3 m，煤層傾角0°～7°，平均6°。老頂為細粒砂巖，厚度3.0～9.0 m，平均厚度6.0 m，直接頂為砂質泥巖3.05～6.20 m，平均4.63 m，直接底為砂質泥巖0.68～1.95 m，平均1.47 m，老底為細砂巖，厚度2.2～4.7 m，平均厚度3.18 m。工作面布置有四條順槽巷道，分別為Ⅲ13011 巷、Ⅲ13012 巷、Ⅲ13013 巷、Ⅲ13014 巷。四條順槽巷道平行布置，其中Ⅲ13011 巷位于工作面西側，為進風巷兼做皮帶運輸巷和設備巷；Ⅲ13013 巷位于Ⅲ13011 巷西側，為工作面專用進風巷；Ⅲ13012 巷位于工作面東側，為回風巷兼做軌道運輸巷；Ⅲ13014 巷位于Ⅲ13012 巷東側，為輔助回風巷。工作面使用的液壓支架為ZPZ4400/17/35 型鋪網型液壓支架，端頭支架為ZZT9600/17/35 中置式端頭液壓支架，ZPZ4400/17/35 型鋪網型液壓支架主要技術特征如表1 所示[1]。

2 礦壓觀測儀器布置方法

2.1 綜采工作面觀測儀器布置方法

在工作面上部、中部、下部，均勻布置10 個測站，每個測站安裝KJ533 頂板監測系統壓力分機1臺，共10 臺，分別布置在2 號、16 號、30 號、44 號、58 號、72 號、87 號、97 號、107 號、115 號支架上，同時每個測站布置一臺本安型數字壓力計，共安裝10臺，分別布置在3 號、17 號、31 號、45 號、59 號、73號、88 號、98 號、108 號、116 號支架上。頂底板移近量觀測在工作面布置三個測點，分別設在15 號—16號號架間、64 號—65 號號架間、115 號—116 號號架間等定工序量測[2-3]。

表1 ZPZ4400/17/35 型鋪網型液壓支架主要技術特征表

2.2 軌道巷觀測儀器布置方法

本巷道布置二個綜合測站，第一、二測站分別布置YHY60（C）礦用本安型壓力檢測儀和KBU101-200A 頂板動態報警記錄儀。

3 觀測數據分析

3.1 工作面“三量”分析

3.1.1 支架初撐力

支架初撐發揮的好壞，對控制頂板下沉有著較為重要的意義。根據對工作面支架初撐力統計結果分析，本工作面支架的初撐力最小值為2 000 kN/架，占額定初撐力使用率50.5%，初撐力小于3 000 kN/架，占額定初撐力使用率75.8%，其中小于1 000 kN/架的頻率占8.9%；小于2 000 kN/架的頻率占26.3%；小于3 000 kN/ 架的頻率占55.2%；大于3 001～3 960 kN/架的頻率占9.6%，詳見下頁表2。

表2 1301（上）工作面（整面）支架初撐力頻率分布統計表

從上表可以看出，本工作面有90.4%液壓支架額定初撐力小于3 000 kN，說明極大部分支架沒有達到額定的設計要求。

3.1.2 工作最大末阻力

進一步對支架最大工作阻力進行統計還可說明這點，因為支架最大工作阻力是一個循環中的最大值，分析它對判斷支架工作阻力利用率及支架阻力的適應性大小有著重要意義。觀測表明：整個觀測時期內支架最大工作阻力頻率分布區間小于1 000 kN/架的為零，頻率分布區間小于2 000 kN/架的占2.2%，頻率分布區間小于3 000 kN/架的占15.4%，頻率分布區間小于4 000 kN/架的占24.7%，頻率分布區間大于4 001 kN 架的占57.7%，具體見表3。

表3 1301（上）工作面（整面）支架最大工作末阻力頻率分布統計表

從上表可以看出，在初采觀測時期內工作面液壓支架最大工作阻力小于3 000 kN 的，頻率為17.6%。大于4001 kN/架的頻率占57.7%，占額定比重的一半以上。從宏觀觀測分析，工作面液壓支架在使用過程中，沒有發現立柱爆缸和損壞其他部件現象，說明該支架在本工作面應用是完全可以支撐頂板的。

3.1.3 頂底板移近量統計

現場觀測表明，工作面沒有出現底臌現象，因此可把頂底板移近量表示為頂板下沉量。工作面循環頂板下沉量統計結果為：15—16 號架間測點距煤壁距離3.1 m 時頂板下沉量為20 mm；距煤壁距離3.7 m時頂板下沉量為55 mm；距煤壁距離4.3 m 時頂板下沉量為105 mm。64—65 號架間測點距煤壁距離3.1 m時頂板下沉量為50 mm；距煤壁距離3.7 m 時頂板下沉量為150 mm；距煤壁距離4.3 m 時頂板下沉量為195 mm。115—116 號架間測點距煤壁距離3.1 m 時頂板下沉量為65 mm；距煤壁距離3.7 m 時頂板下沉量為93 mm；距煤壁距離4.3 m 時頂板下沉量為165 mm。從圖1 可以看出，工作面15—16 號架間、115—116 號架間頂底板移近量要小于工作面中部的頂底板移近量，其主要原因是：由于工作面機頭、機尾老塘采空區受兩巷錨桿（索）支護影響，老頂巖梁的折斷時間相對比工作面中部在時間上要長一些，因此，機頭、機尾頂底板相對移近量要比工作面中部小，但從總體分析整個工作面頂底板移近量在可控范圍，說明支架起到了有效的支撐作用。

圖1 工作面頂底板移近量

3.2 工作面頂板來壓特征分析

3.2.1 老頂初次來壓特征

根據工作面支架工作阻力監測數據分析，工作面老頂初次來壓步距為18.05 m，影響時間29 h，影響范圍2.25 m，來壓期間支架最大工作阻力為4 230 kN，非來壓期間支架工作阻力3 202 kN，動載系數1.32。

3.2.2 老頂周期來壓特征

根據工作面支架工作阻力監測數據分析，工作面周期來壓最小步距為8.2 m，影響時間26 h，影響范圍2.75 m，來壓期間支架最大工作阻力為4 278 kN，非來壓期間支架工作阻力3 995kN，動載系數1.07；周期來壓最大步距為12.3 m，影響時間24 h，影響范圍2.1 m，來壓期間支架最大工作阻力為4 347 kN，非來壓期間支架工作阻力4 040 kN，動載系數1.07；工作面平均來壓步距10.3 m，平均影響時間24.6 h，平均影響范圍2.4 m，來壓期間支架最大平均工作阻力為4 223 kN，非來壓期間支架平均工作阻力3 948 kN，支架平均動載系數1.07，頂板來壓步距及來壓強度整理見表4。

3.2.3 軌道巷觀測數據分析

軌道巷第一測站在工作面推進40.3 m 時，頂板下沉量變化微弱為1 mm，工作面推進40.3 m 時底板底鼓量為9 mm，從40.3 m 以后巷道頂板下沉量無變化，巷道頂板壓力趨于穩定。工作面推進12.5 m 時煤柱幫變形量為5 mm、工作面推進23.9 m 時工作面幫變形量為2 mm，從觀測結果表明，兩幫變形基本穩定，見圖2。

表4 頂板來壓步距及來壓強度整理表

4 結論

1）1301（上）工作面老頂初次來壓步距18.05 m，影響時間29 h，影響范圍2.25 m，來壓期間支架最大工作阻力4 230 kN，動載系數1.32。老頂周期性來壓步距平均為10.3 m。來壓時工作面支架最小工作阻力為4 045 kN，最大工作阻力為4 347 kN，平均為4 223 kN，液壓支架額定工作阻力最高利用率平均為95.98%，平均動載系數為1.07，平均影響時間為24.6 h，平均影響范圍為2.4 m。

圖2 Ⅲ1301（上）軌道巷距工作面50 m 處巷道表面位移測站

2）在初采期間工作面液壓支架最小工作阻力小于4 000 kN 的占工作面支架總數的42.3%，最大工作阻力大于4 001 kN 的占工作面支架總數的57.7%，約占半數以上，因此該支架額定工作阻力還有一定的富余量。

3）根據巷道變形量觀測情況，巷道頂底板及兩幫變形量不大，巷道圍巖控制效果較好，