煤峪口礦8605 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究

李 健 偉

（山西大同煤礦集團(tuán)有限公司煤峪口礦，山西 大同 037003）

0 引 言

長(zhǎng)壁開(kāi)采中，隨著工作面不斷推進(jìn)，覆巖在支承壓力作用下發(fā)生變形、破壞及垮落，造成支架工作阻力不斷發(fā)生變化以及巷道圍巖破壞失穩(wěn)[1-3]。因此，必須對(duì)工作面礦壓顯現(xiàn)及巷道圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律以及巷道圍巖變形特征，進(jìn)而指導(dǎo)工作面安全高效生產(chǎn)，同時(shí)為支架支護(hù)管理、工作面兩巷超前支護(hù)提供設(shè)計(jì)依據(jù)[4-5]。本文以煤峪口礦8605 工作面為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)工作面綜放支架工作阻力及巷道圍巖變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而分析工作面支架支護(hù)質(zhì)量、基本頂來(lái)壓情況，同時(shí)為兩巷超前支護(hù)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 工程概況

煤峪口礦8605 工作面位于406 盤(pán)區(qū)，埋深約300 m，工作面走向長(zhǎng)度為700 m，傾向長(zhǎng)度為130 m，8605 工作面設(shè)計(jì)開(kāi)采煤層為14-2 號(hào)層煤，通過(guò)對(duì)前期地質(zhì)資料進(jìn)行分析，并根據(jù)工作面兩巷及切巷掘進(jìn)證實(shí)，工作面區(qū)域內(nèi)煤層厚度在1.7~3.6 m，平均為2.5 m，煤層中含有夾層，夾層平均厚度為0.8 m。該煤層為不穩(wěn)定煤層，半暗型，較硬，含節(jié)理。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征

8605 工作面煤層產(chǎn)狀：走向W-E，傾向N，傾角1°~3°，平均2°。煤層厚度：總厚1.7~4.9m，平均2.5 m；有益厚度1.7~3.6 m，平均2.5 m，中間厚兩端薄，2605 巷切巷外120 m 范圍中間有一層0.6~1.0 m夾石，距巷道頂板0.8~1.0 m，切巷外340~550 m 范圍中間有一層0.6~1.0 m 夾石，距巷道頂板0.9~1.3 m；5605 巷切巷外290 m 范圍中間有一層0.6 ~1.0m 夾石，距巷道頂板0.4~1.7 m，切巷外290~400 m 范圍中間有一層0.1~0.3m 夾石，距巷道頂板1.1~1.2 m，450~750 m 范圍中間有一層0.2~0.85 m 夾石，距巷道頂板1.1~1.3 m。煤層穩(wěn)定程度：煤層厚度變化較大，無(wú)明顯規(guī)律，煤種單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，全面均可采；根據(jù)24個(gè)見(jiàn)煤點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，變異系數(shù)52%，可采指數(shù)1，為較穩(wěn)定煤層。工作面頂?shù)装鍘r性特征如表1 所示。

2 工作面礦壓監(jiān)測(cè)

1）觀測(cè)目的：在工作面回采過(guò)程中，工作面綜采支架的工作阻力處于不斷變化當(dāng)中，因而可以通過(guò)對(duì)8605 工作面液壓支架工作阻力進(jìn)行觀測(cè)，進(jìn)而分析得到該工作面初次來(lái)壓以及周期來(lái)壓步距；同時(shí)，探究沿工作面傾向上支架工作阻力的變化特點(diǎn)，從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)；此外，通過(guò)對(duì)工作面兩巷圍巖變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以為兩巷超前支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2）測(cè)站布置：為正確反映整個(gè)工作面礦壓顯現(xiàn)特征，分別在 5、20、35、50、65、80 號(hào)支架上各安裝 1塊YHY60（B）礦用本安型數(shù)字壓力計(jì)（礦壓記錄儀），從而完整地記錄工作面礦壓顯現(xiàn)參數(shù)，對(duì)工作面進(jìn)行頂板動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)，包括綜采支架的工作阻力、初撐力等。工作面測(cè)站具體布置如圖1 所示。同時(shí)，在工作面兩巷布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)距離工作面煤壁不同位置處頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平俊?/p>

圖1 工作面礦壓測(cè)區(qū)布置圖

3）數(shù)據(jù)采集：從工作面自切眼開(kāi)始推進(jìn)到工作面推進(jìn)80 m 范圍內(nèi)，通過(guò)礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完整記錄液壓支架工作阻力及巷道圍巖變形的數(shù)據(jù)變化情況，并進(jìn)行整理和分析。

3 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)分析

3.1 初撐力分布

工作面開(kāi)始推進(jìn)后，支架在頂板載荷作用下發(fā)生伸縮，支柱工作阻力因而發(fā)生變化，支柱工作阻力的大小在一定程度上可以反映支護(hù)質(zhì)量。圖2 是8605工作面不同區(qū)域處的支架初撐力分布直方圖。

由圖2 可知，工作面支架初撐力基本分布在20~30 MPa 之間，上部及中部測(cè)區(qū)占比在80%左右，下部測(cè)區(qū)占比達(dá)到85%。工作面初撐力超過(guò)30 MPa 的均位于下部測(cè)區(qū)，占比僅為下部測(cè)區(qū)的3.33%左右。根據(jù)8605 綜采面作業(yè)規(guī)程，綜采支架額定工作阻力為42. 4 MPa，額定初撐力為31.5 MPa。由此可知，8605 工作面整體支架初撐力偏小，尤其在工作面中部及上部測(cè)區(qū)處的支架；總體來(lái)看，整個(gè)工作面支護(hù)質(zhì)量較差，主要表現(xiàn)為工作面中上部初撐力不足，支架的主動(dòng)支護(hù)能力未能得到有效發(fā)揮，這造成工作面煤壁易發(fā)生片幫及頂板事故。現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)及管理中必須嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程，加強(qiáng)支架的主動(dòng)支護(hù)作用，工作面回采期間應(yīng)提高支架初撐力和加強(qiáng)頂板的管理。

圖2 工作面不同測(cè)區(qū)初撐力分布直方圖

3.2 基本頂來(lái)壓步距

圖3 為不同測(cè)區(qū)支架循環(huán)工作阻力，由圖可知，工作面上中下不同測(cè)區(qū)支架循環(huán)工作阻力并不一致。工作面上部測(cè)區(qū)工作阻力多數(shù)之間位于20 MPa 左右，來(lái)壓時(shí)工作阻力基本為25 MPa 左右。而工作面中部及下部測(cè)區(qū)支架的工作阻力則明顯偏高，工作面支架工作阻力多數(shù)時(shí)期處于25 MPa 左右，而工作面來(lái)壓時(shí)的工作阻力位于30~33 MPa 之間。從來(lái)壓步距來(lái)看，工作面不同位置處的初次來(lái)壓步距基本一致，約為25 m，工作面周期來(lái)壓步距則表現(xiàn)為上部及下部區(qū)域來(lái)壓步距偏大，約為15 m，而工作面中部區(qū)域的來(lái)壓步距約為10 m。總體來(lái)看，8605 工作面來(lái)壓步距較小，工作面來(lái)壓期間支架工作阻力并不高，基本不超過(guò)支架的額定工作阻力。

圖3 不同測(cè)區(qū)支架循環(huán)工作阻力

3.3 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

圖4 為工作回采期間兩巷圍巖變形情況。由圖4可知，運(yùn)輸巷道圍巖明顯大于回風(fēng)巷道。回風(fēng)巷道頂?shù)装寮皟蓭妥畲笪灰瓢l(fā)生在距工作面煤壁9 m 處，最大頂?shù)装逡平繛?0mm，最大兩幫移近量為85mm。隨著距離工作面的距離的增加，頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平恐饾u減少，并在距離煤壁80 m 處位移可以忽略不計(jì)。運(yùn)輸巷道頂?shù)装寮皟蓭妥畲笪灰瓢l(fā)生在距工作面煤壁23 m 處，最大頂?shù)装逡平繛?00mm，最大兩幫移近量為150 mm。隨著距離工作面的距離的增加，頂?shù)装逡平考皟蓭鸵平恐饾u減少，并在距離煤壁55 m 處位移可以忽略不計(jì)。因此，在進(jìn)行巷道超前支護(hù)時(shí)應(yīng)有所區(qū)別，回風(fēng)巷道超前支護(hù)距離可以為30 m，而回風(fēng)巷道超前距離約為50 m。

圖4 工作面兩巷圍巖變形情況

4 結(jié) 論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)手段掌握了煤峪口礦8605 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律：

1）工作面支架初撐力基本分布在20~30 MPa 之間，支架整體初撐力偏小，支架主動(dòng)支護(hù)能力不足，易造成煤壁片幫及冒頂?shù)仁鹿省?/p>

2）工作面上中下3 個(gè)區(qū)域內(nèi)基本頂初次來(lái)壓步距基本不一致，約為25 m，而基本頂周期來(lái)壓步距則表現(xiàn)為工作面上下測(cè)區(qū)較大，為15 m，而工作面中部測(cè)區(qū)來(lái)壓步距則較小，約為10 m。

3）回風(fēng)巷道圍巖最大變形發(fā)生在距工作面煤壁9 m 處，最大頂?shù)装逡平繛?0 mm，最大兩幫移近量為85 mm。運(yùn)輸巷道圍巖最大變形發(fā)生在運(yùn)輸巷道距工作面煤壁23 m 處，最大頂?shù)装逡平繛?00mm，最大兩幫移近量為150 mm。回風(fēng)巷道超前支護(hù)距離可以為30 m，而回風(fēng)巷道超前距離約為50 m。