煤峪口礦81016綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

常建飛

（山西大同煤礦集團有限公司煤峪口礦，山西 大同 037003）

1 工程概況

山西煤峪口礦位于山西曹家窯村西北部，屬山西同煤集團旗下的煤礦。 該工作面北面與410 盤區(qū)相鄰，南至西山礦保護煤柱線，西面為410 盤區(qū)皮帶運輸巷，東面與忻州窯礦采區(qū)相鄰。

煤峪口礦81016 工作面走向長996 m， 傾向長為136 m，開采14#煤層，埋深為330 m。 14#煤層為近水平煤層，煤層厚度為1.0～2.4 m。 煤層頂板為細粉砂巖，直接底以粉砂巖為主，具有水平層理和波狀層理的深灰色細粒砂巖粉砂巖互層。

81016 工作面采用綜合機械化開采， 平均采高1.83 m，選用ZY-3400/24 型液壓支架，端頭各布置3 架ZYG-3400/11/24 型過渡支架。采煤機采用液壓無鏈銷軌牽引，進刀方式為端頭斜切進刀。

2 礦壓監(jiān)測

2.1 監(jiān)測方案

通過對81016 工作面回采期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行研究，達到優(yōu)化開采14#煤層工作面設計，提高工作面生產效率的目的[1-3]。

在81016 工作面上部、中部、下部三個區(qū)域共11 架支架設置1 號、2 號、3 號測站進行礦壓監(jiān)測。其中1 號測站距工作面運輸巷25 m左右；2 號測站位于工作面中間區(qū)域；3 號測站位于回風巷道25 m左右的區(qū)域。選擇在一號測站的16#、19#、22#三架液壓支架； 二號測站的59#、62#、65#、68#、71#五架液壓支架；3 號測站的102#、105#、108#液壓支架進行數(shù)據(jù)分析。

在81016 工作面回風巷道和運輸巷道中各布置1#、2#兩個測點，觀測超前支承壓力分布規(guī)律，并且對支承壓力峰值的位置進行判斷，從而達到合理確定超前支護的距離的目的。 兩個測站隨著工作面的推進而保持移動并且保證測點距工作面的距離在30 m以內[4-5]。

2.2 支護強度分析

從81016 工作面距離開切眼7.4 m時開始進行為期一個月的礦壓監(jiān)測， 收集工作面礦壓實時數(shù)據(jù)，并對檢測過程中礦壓顯現(xiàn)進行記錄。 在一個月的觀測期間，工作面推進123.6 m，發(fā)生來壓現(xiàn)象8次。 通過監(jiān)測3 個測區(qū)11 架液壓支架得到的數(shù)據(jù)，對工作面支架工作阻力、支架偏載情況以及工作面平均阻力的分析提供了基礎數(shù)據(jù)，見圖1～圖3。

圖1 工作面上部測站支架載荷隨工作面推進距離變化

圖2 工作面中部測站支架載荷隨工作面推進距離變化

圖3 工作面下部測站支架載荷隨工作面推進距離變化

根據(jù)上圖分析比對可知， 位于工作面上部的1號測區(qū)和下部的3 號測區(qū)測得的來壓載荷較為相似，而位于中部的2 號測區(qū)的載荷明顯大于其他兩個測區(qū)的載荷，由此可以得出煤峪口礦81016 工作面支撐壓力呈現(xiàn)出中間大，兩邊小的分布特點。 伴隨著工作面的推進，每個液壓支架的支撐壓力都在發(fā)生著變化，但是在初始來壓之前，液壓支架的支撐壓力都低于液壓支架的額定支撐力。 根據(jù)現(xiàn)場觀測可知，當工作面推進到42.1 m時，工作面直接頂發(fā)生斷裂，結合折線圖可知，此時3 個測區(qū)的液壓支架的支撐壓力出現(xiàn)明顯增加。 由此可以得出在老頂初次斷裂之前頂板活動對支架壓力較小，伴隨著老頂斷裂，支架的支撐阻力增加。 當周期來壓來到的時候，支架的支撐力出現(xiàn)明顯增加，在上部和中部的部分支架的支撐壓力超過了40.9 MPa。

2.3 基本頂來壓步距和強度

為了確定81016 工作面的基本頂?shù)膩韷翰骄嗪蛷姸龋ㄟ^下式進行判斷。

式中：ps為來壓判據(jù),MPa為每個循環(huán)支架載荷平均值，MPa；s為方差。

圖4 工作面基本頂來壓判據(jù)

以現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)為基礎，現(xiàn)場觀測情況為準繩，結合周期來壓的現(xiàn)象可知直接頂初次冒落的步距為13.7 m。當工作面推進過程到42 m左右時，支架阻力增加較快，基本頂發(fā)生斷裂現(xiàn)象。 根據(jù)在現(xiàn)場觀測到的情況，在基本頂初次來壓之前發(fā)生過兩次直接頂冒落；在基本頂初次來壓之后出現(xiàn)了7 次周期來壓現(xiàn)象。 由此可以推測出基本頂初次來壓步距為42.1 m左右，周期來壓步距平均為12 m。

在確定基本頂初次來壓步距以及周期來壓步距后，對工作面來壓強度進行分析。

表1 81016 工作面來壓特征

基本頂周期來壓強度通常用動載系數(shù)來表述，見式（2）。

式中：Q為支架動載系數(shù)；P老為基本頂周期來壓最大平均阻力值，MPa；P平為基本頂非周期來壓期間阻力平均值，MPa。

對收集到的煤峪口礦81016 數(shù)據(jù)帶入上式進行分析得出支架動載系數(shù)，見表2。

表2 支架動載系數(shù)

從表2 可以看出，通過對煤峪口礦81016 工作面基本頂初次來壓和七次周期來壓的數(shù)據(jù)進行處理分析，可以看到基本頂?shù)膭虞d系數(shù)分布在1.15～1.40 之間， 整個觀測期間的動載系數(shù)平均值為1.25。 根據(jù)現(xiàn)場觀測，發(fā)現(xiàn)81016 工作面的來壓強度與其他礦山相比，來壓強度較小，而且都伴有周期來壓現(xiàn)象。 由此可以判斷81016 工作面頂板管理難度中等。

3 回采巷道超前支護分析

在工作面推進過程中，81016 工作面運輸巷和回風巷的超前支護距離為30 m。 采用單體液壓支柱配合HDJB-1200 型鉸接頂梁進行支護。 根據(jù)工作面運輸巷和回風巷各設置的兩個支護阻力測站進行數(shù)據(jù)分析得出圖5。

圖5 超前支護阻力與距離煤壁的關系

根據(jù)圖5 可知，在運輸巷和回風巷中巷道支撐阻力都經歷從緩慢增加到急劇增加而后再次減少的過程。 在以上兩幅折線圖中線段的斜率反映出超前支護阻力增長的速度，由此可知在回風巷中支護阻力在10.5 m處達到峰值15.8 MPa，而后逐漸減小至7.3 MPa；在運輸巷中在7 m處達到峰值24.5 MPa，而后逐漸減小至15 MPa。

由此可以得出81016 工作面的超前支承壓力在距煤壁4～10 m的范圍內，隨著工作面推進其影響的范圍是工作面前方25 m的區(qū)域。

4 結語

1）通過對煤峪口礦81016 工作面的工作阻力進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)工作面上、中、下部支架支撐壓力呈現(xiàn)中間大兩邊小的狀態(tài)；工作面周期來壓時支架動載系數(shù)為1.15～1.4，平均值為1.25。 在對工作面基本頂初次來壓進行分析可知，共監(jiān)測到7 次周期來壓，得出工作面基本頂周期來壓步距為12 m。

2）位于工作面運輸巷和回風巷中的測點收集到的數(shù)據(jù)表明，巷道在工作面前30 m處收斂；距離工作面越近， 出現(xiàn)收斂數(shù)值先增加后減少的現(xiàn)象；且超前支承壓力在距煤壁4～10 m時達到峰值，其影響范圍為工作面前方25 m區(qū)域。