近距離煤層開采礦壓顯現規律研究

楊瑞峰

(山西省晉中市榆次區應急管理煤礦安全巡查隊，山西 晉中 030600)

引 言

在煤炭井下開采中，極易因多種因素影響使得礦壓顯現規律出現波動。我國針對工作面礦壓顯現規律的研究工作開展較早，現已取得了較多成果，如傳遞巖梁假說、關鍵巖層理論等，在國際上有著較強的影響。不斷涌現的礦壓規律研究成果，很大程度上對現階段我國的煤礦開采安全問題起到了保障作用，值得總結經驗，提升礦產開采工作的安全系數。

1 近距離煤層開采礦壓監測

在研究近距離煤層開采礦壓顯現規律時，主要依據了采煤面覆巖層的運動特征，多方位分析煤層開采之中的多項因素，如近距離煤層的結構方式、各個煤層之間的分布關系、上覆巖層與基本頂的關系，進而找出近距離煤層開采礦壓顯現規律[1]。以下從A、B、C三個工作面中的礦壓變化情況，得出礦井礦壓的顯現規律。

1.1 A工作面壓力監測

A工作面是本次煤層開采中最大的一個工作面，總長度約為1 000 m，傾向長度為150 m，煤層夾角為10°～30°，工作面整體規模為11 萬m2。其采煤層屬于單一煤層，夾矸數2層，平均厚度為5.0 m，煤層穩定性較強，具備隨時開采的條件。按照煤層結構組分可見，亮煤為最主要的煤種，其具有節理發育的特征，硬度系數為2.5，夾矸率為4%。工作面頂的泥巖厚度為2.0 m，底板粉砂巖厚度為2.79 m。根據工作面所處的地質狀況，普遍采用了綜放開采的方式。通過結合ZFG型液壓支架，使用前后滾筒進行割煤。另外還應依據施工場所內的液壓支架數量，此工作面設置了12個相對應的壓力檢測點，可及時觀察到支架上方頂板的壓力變化情況，進而明確工作面當前的礦壓顯現規律。

1.2 B工作面壓力監測

B工作面的總體長度為700 m，傾向長度為130 m，工作面整體規模為9 萬m2。夾矸數3層，平均厚度為0.7 m，此處主要為褐煤。工作面頂的細砂巖厚度為2.0 m，底板灰黑色泥巖厚度為2.7m。根據工作面所處的地質狀況，當前普遍采用了綜放開采的方式。所采用的配套支架同樣為ZFG型液壓支架，利用了前后滾筒的割煤方式。此工作面設置了8個相對應的壓力檢測點，記錄好壓力變化情況。

1.3 C工作面壓力監測

C工作面的總體長度為450 m，傾向長度為150 m，工作面整體規模為7 萬m2，此工作面屬于礦井煤柱線的順延部分，其煤層較為單一，以褐煤為主，煤層厚度在4 m～6 m。夾矸率為4%，厚度為0.3 m，泥巖是構成矸石的主要來源。在此工作面上部，存在較大范圍的采空區，使用了綜合放頂煤開采的工藝，采煤方法與支架同A、B工作面，通過設置一批監測站實時監測礦壓變化情況。

2 近距離煤層開采礦壓顯現規律

2.1 A工作面礦壓顯現規律

通過分析A工作面中的多項數據可知，此工作面在初次來壓時的步距約為20 m，各個監測點具有相同的初次來壓時間，此時的動載系數為1.2，支架工作時最大阻力為5 800 kN。由此可見，此工作面的頂板受到了一定的損壞，使得支架受到的阻力更高，但由于工作面的來壓強度普遍不高，加之來壓僅能持續極為短暫的時間，使得支架不會因壓力過大而產生不穩定的情況。通過對各項數據做進一步分析可見，在初次來壓的時間段內，頂板下部的壓力值明顯要大于頂板上部的壓力值，另外處于上部的支架收到的工作阻力及動載系數均維持在較低的水平中，表明頂板下部來壓強度相比頂板上部來壓強度要高許多[2]。

2.2 B工作面礦壓顯現規律

在分析B工作面各項數據后，經計算可知，B工作面的頂板初次來壓時的步距約為18 m，周期來壓時的步距為17 m，二者之間的差別不顯著。通過監測數據可見，初次來壓的強度約為6 000 kN，此數值可達到額定阻力值的80%，除初次來壓外，大部分時間內的工作壓力約為5 200 kN，僅為額定阻力值的65%。在比對上述數據后能夠得出如下結論，當前在目標工作面中，其周期來壓強度小于支架的最大承受能力，并且來壓時間持續時間極為短暫，另外隨著監測工作的逐漸深入能夠看出，在工作面居中的位置處，其動載系數較高。由此可見，在周期來壓過程中，中部區域中的來壓強度為最大。

2.3 C工作面礦壓顯現規律

在分析C工作面各項數據后，可見C工作面的頂板初次來壓時的步距約為30 m，周期來壓時的步距為22 m，數據顯示，此工作面的來壓強度為6 900 kN，此數值可達到額定阻力值的89%，周期來壓阻力值為6 500 kN，此項數據可達額定阻力的85%，如在日常工作環境下，其阻力值約為5 300 kN，僅能夠達到額定值的71%。由此可見，此工作面中的來壓強度的數值較低，能夠符合支架所能承受的最大值。另外，通過查看三區域內的動載系數，能夠得知中部的動載系數最高，使得中部區域的壓力值更大。

2.4 三個工作面礦壓顯現規律對比分析

上述A、B、C工作面是近距離煤層開采中最為常見的幾種形式，通過分別進行數據觀測及礦壓顯現規律分析后，可總結出近距離煤層開采礦壓顯現的一般規律。按照上述數據進行對比及計算，要將重點放在計算工作面的來壓步距、額定阻力占比、平均支護阻力等一系列相關數據資料進行統計、計算后，據此產生了以下結論。

首先，初次來壓及周期來壓時，來壓過載系數往往還處于極低的水平之中，此時的動載系數僅能夠達到1.19，產生此現象的根本原因為，在近距離工作面的礦壓顯現中，因其特點致使來壓表現不明顯，支架的受力情況為靜載。通過觀察三個工作面可見，A工作面、C工作面的煤層間距較小，造成煤層的基本頂結構缺失，巖層層位較高，尤其是將較為細碎的砂石用作墊層后，使得所形成的巖層具有更大的厚度，其自身穩定性也得到了進一步強化。在動態荷載不能完全作用到支架的情況下，可使動載系數降至低位[3]。

其次，在上述三個工作面中，其來壓步距波動稍顯大，并且具有一定的周期性，證明周期性穩定問題可出現在覆巖層的眾多區域中，使得整體步距受到了一定影響。此外，B工作面相較于A、C工作面的步距較小，產生此種現象的根源在于，B工作面的巖層構造較為復雜，工作面與煤層的距離較短，各個層次之間并不能形成基本項，使得煤層斷裂現象嚴重。由此可見，來壓步距數值變化與煤層上的基本頂的形成有著一定的關聯性。

最后，要對比三個工作面中的動載系數，此時可見，C工作面動載系數遠超上述兩個的動載系數，證明在基本頂發生斷裂后，會進一步受到動載系數變化的影響。如在近距離煤層開采中，一旦發現較為堅硬的基本頂，則會使工作面的受力更大，使動載系數持續增加。

3 結語

在近距離煤層開采中，應對煤層開采過程中顯現出的礦壓顯現規律進行分析及研究，礦壓顯現規律主要體現在動載系數、支架承受力等方面，借助于分析礦壓顯現特點能夠認識到煤層工作面中的礦壓表現形式，據此擬定合理的支護方案，保障煤礦開采安全。