兩煤層工作面上下重疊布置礦山壓力顯現及控制

邢 俊

（沈陽煤業集團山西晉遼礦業有限公司，山西 臨汾 041000）

錦富煤業有限公司，井田面積19.476 5 km2，礦井地質儲量3.18 億t，開采03、2、5 號煤層，開拓方式為斜井開拓。一采區東翼的03 和2 號煤層各布置一個綜采工作面，分別為03101 和2101 工作面，層間距平均6.67 m。兩工作面使用外錯重疊布置工作面的方式，布置外錯水平距離6 m。兩層煤同步開采，工作面頂板控制難度大，順槽壓力明顯，超前支護段片幫、底鼓、位移量較大。煤礦地質構造復雜，回采中工作面遇到地質構造或破碎帶時頂板壓力大，采煤工作面片幫、漏頂嚴重制約生產。因此在日常采煤工作中嚴格觀測礦山壓力顯現情況，實踐得知頂板管控的根源就是控制開采錯距，經過分析得出將2101 工作面布置在03101 工作面周期來壓范圍內是控制頂板的最佳方式，能夠保證煤礦安全生產[1]。

1 工作面概況

03101 工作面運輸順槽和03#軌道大巷相通，回風順槽和03#回風大巷相通，運輸順槽、回風順槽、開切眼均沿煤層底板破頂板掘進布置。運輸順槽及回風順槽采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，矩形巷道，凈寬4.4 m，凈高2.4 m，可采走向長度1110 m，傾向長度189 m，煤密度1.45 t/m3，可采儲量60.8萬t。

2101 工作面運輸順槽與2#軌道大巷相通，回風順槽與2#回風大巷相通，運輸順槽、回風順槽、開切眼均沿煤層底板破頂板布置。兩順槽采用錨桿、錨索、金屬網聯合支護，矩形巷道，凈寬4.4 m，凈高2.8 m，可采走向長度1170 m，傾向長度201 m，煤密度1.45 t/m3，可采儲量95.4 萬t，如圖1。

2 03101 和2101 工作面上下重疊布置情況

按照山西美錦集團錦富煤業有限公司礦井設計，一采區東翼的03 和2 號煤層各布置一個綜采工作面，分別為03101 和2101 工作面，層間距平均6.67 m。2 號煤層上距03 號煤層4.85～10.37 m，平均6.67 m，03 號煤層位上距K3 為9.20～15.60 m，平均14.00 m，03 和2 號煤層都是最穩定的全區可采煤層。03101 和2101 工作面使用外錯重疊布置工作面的方式，布置外錯水平距離6 m，采煤工藝使用綜合機械化的采煤方法，使用全部垮落法進行頂板管理，03101 和2101 工作面同時施工，同步開采。

03101 和2101 工作面煤層頂底板特征和具體情況見表1、表2。

圖1 首采工作面平面布置

表1 03101 工作面煤層頂底板特征

表2 2101 工作面煤層頂底板情況

3 首采工作面礦壓儀器的布置

3.1 礦壓觀測目的

在兩個首采工作面重疊開采工藝下，掌握兩個工作面頂板冒落影響范圍及礦壓顯現規律，對兩個工作面及兩順的影響程度，為重疊開采工作面頂板及兩順頂板管理提供基礎數據[2]。

分析頂板來壓特征，根據來壓數據，取得直接頂初次垮落的步距、初次來壓步距等數據，控制開采錯距，保證煤礦的全面安全生產。

3.2 礦壓觀測方法

（1）觀測液壓支架初撐力和工作阻力，每天對工作面兩順頂、底板移近量、兩幫收斂量進行觀測，掌握工作面兩順超前支護范圍內每5 m 布置的1 個觀測點，對觀測情況進行記錄[3-6]。

（2）工作面超前支護范圍內每天對單體液壓支柱壓力進行抽檢，每條順槽抽檢單體液壓支柱8根，并記錄分析周期來壓規律、周期來壓步距以及周期來壓期間工作面之間的互相影響程度，對工作面兩順單體液壓支柱壓力進行檢測。

3.3 礦壓觀測數據分析

3.3.1 03101 工作面頂板初次來壓步距的確定

施工前，03101 和2101 工作面46 m 的開采步距，工作面開掘11 m 時，直接頂垮落，到17 m 則全部直接頂垮落，推至37 m 時，工作面30#～110#支架煤壁片幫嚴重，液壓支架大柱平均壓力在36 MPa左右，兩順超前支護單體抽測壓力在16 MPa 左右，確定03101 工作面初次來壓步距37 m。在03101 工作面推進過程中，2101 兩順超前支護壓力顯現明顯，底鼓量平均為0.3 m，頂板下沉量平均為0.4 m。

3.3.2 2101 工作面頂板初次來壓步距的確定

2101 工作面推至9 m 時，直接頂開始垮落；推至14m 時直接頂全部垮落；推至32 m 時，工作面25#～125#支架煤壁片幫嚴重，液壓支架大柱壓力平均在40 MPa 左右，確定2101 工作面初次來壓步距32 m。2101 工作面初次來壓期間對03101 工作面及兩順影響較小。

3.4 周期壓力規律

3.4.1 03101 工作面周期來壓步距

初次來壓結束后，工作面頂板相對完整，2101兩順超前巷道頂底板移近量變小。03101 工作面采至60 m 處時，周期來壓特征明顯，工作面片幫，液壓支架大柱壓力明顯增大，超前支護10 m 范圍內巷道壓力顯現明顯，確定為03101 工作面第一次周期來壓，周期來壓步距為23 m。

根據觀測，03101 工作面第二次周期來壓步距為24 m，第三次周期來壓步距為22.5 m。經過3個循環的觀測，確定03101 工作面周期來壓步距為22～24 m。03101 工作面來壓曲線示意圖如圖2。

3.4.2 2101 工作面周期來壓步距

2101 工作面采至46 m 時，進入03101 工作面采空區，2101 工作面頂板、兩順礦壓變化不大；推至52 m 時，工作面片幫，液壓支架大柱壓力明顯增大，超前支護15 m 范圍內巷道壓力明顯，2101工作面第一次周期來壓，周期來壓步距為20 m。2101 工作面來壓曲線示意圖如圖3。

2101 工作面在第一次來壓前進入03101 工作面采空區以內，受到03101 工作面的采動影響，2101工作面壓力在周期來壓結束后,頂板破碎，煤壁片幫，已無法判斷出2101 工作面的來壓步距。

圖2 03101 工作面來壓曲線示意圖

圖3 2101 工作面來壓曲線示意圖

4 兩個工作面周期壓力分析

03101 和2101 工作面同時施工以來，2101 工作面推進226 m，03101 工作面推進210 m。

根據觀測的數據已經確定了兩工作面的初次來壓及周期來壓步距，在來壓期間03101 工作面可視為單層開采，按照以往措施做好周期來壓期間的安全防護工作即可。2101 工作面周期來壓不明顯，但在03101 工作面來壓前期，要在2101 兩順內標注出03101 工作面周期來壓點位，加強兩順在03101工作面周期來壓正下方前后10 m 的巷道補強支護工作，避免03101 工作面周期來壓給2101 兩順巷道造成較大破壞，避免頂板事故的發生。

5 礦壓觀測結論

根據煤礦規定開采步距是24～35 m，但實際推進過程中各種原因造成開采不能同步，2101 工作面比03101 工作面推進慢，開采錯距最大時達60 m。2101 回風順槽超前支護段60 m 及超前支護外15 m，巷道壓力大。當2101 工作面采至160 m 時，2101 運輸順槽頂板下沉，受03101 工作面冒落區對2101 兩順的影響。根據實測，拉近兩工作面開采錯距40～50 m，減少巷道維護量，兩順壓力未緩解。2101 工作面直接頂巖層在03101 工作面基本頂懸臂梁折斷時雖受壓力影響，因此處煤層未開采，破壞程度不大，如圖4 首采工作面頂板壓力分布，因兩順層開采形成的實掘巷道下部無實體支撐，破壞程度較大。要緩解2101 工作面及兩順壓力，03101 與2101 工作面錯距必須控制在24～35 m 之間。

圖4 首采工作面頂板壓力分布示意圖

6 結 語

03 和2 號煤層上下重疊布置礦山壓力監測研究采場圍巖位移、頂底板破壞、支架受載情況，從動態分析中獲得巖層運動條件和周圍壓力分布變化，了解分析隨采場推進超前巷道不同位置處的頂底板相對移近量和移近速度，順利解決采場礦壓控制，保證煤礦安全生產，提升礦井煤炭產量。

近距離煤層開采工作面重疊布置有利于煤礦瓦斯治理。兩層煤同時開采，層間距較小，兩層煤工作面互相制約，重疊開采煤層回采中的錯距控制在24～35 m 之間，可以最大限度提高煤炭產量。