緩傾斜薄煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

郭洪濤

(河南平煤神馬梁北二井煤業(yè)有限公司，河南 禹州 461670)

煤炭被開采出來后，采面圍巖應(yīng)力重新分布，造成各種礦山壓力顯現(xiàn)。通過現(xiàn)場實測，對礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析研究，對提高采煤工作面圍巖控制水平、保證安全開采意義重大[1-2]。

某礦五2-11070走向長臂綜采工作面，工作面傾斜長度140 m，平均采高1.2 m，煤層傾角15°，屬于緩傾斜煤層。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度2.0～3.0 m；基本頂為中粗粒砂巖，厚度3.0～4.0 m，中部夾薄層砂質(zhì)泥巖。本文目的為得出五2-11070工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，分析工作面支護(hù)形式的適應(yīng)性，并對工作面頂板周期來壓進(jìn)行預(yù)測，提出相應(yīng)的對策措施，為薄煤層綜采工作面的頂板控制、支柱參數(shù)選取以及下一步推廣等提供指導(dǎo)。

1 工作面概況及礦壓觀測方案

1.1 五2-11070工作面概況

五2-11070綜采工作面位于±0 m水平以下、五2回風(fēng)下山東部。采面走向長620 m，傾斜長平均140 m，面積為86 800 m2。該采面位于五2采區(qū)東翼上部，東部為礦區(qū)邊界，北部為五2-11050采面采空區(qū)，西部為五2采區(qū)下山運輸巷保護(hù)煤柱，南部為五2-11090采面保護(hù)煤柱(圖1)。工作面標(biāo)高-1.6～-45.2 m，對應(yīng)地面標(biāo)高+430～+450 m。采面內(nèi)五2煤層厚度0.8～1.4 m，平均厚1.2 m。煤層變化不大，根據(jù)地質(zhì)資料顯示該工作面范圍內(nèi)無大的構(gòu)造變化帶，煤層上部巖石和下部巖石中等硬度，五2煤層與六2煤層間距80 m(圖2)。

圖1 五2-11070綜采工作面巷道布置Fig.1 Roaway layout of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

圖2 五2-11070綜采工作面地質(zhì)柱狀Fig.2 Geological columnar of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

1.2 五2-11070綜采工作面礦壓觀測方案

為分析工作面支架與圍巖的相互關(guān)系，掌握五2-11070綜采工作面老頂周期來壓規(guī)律及強度，此次礦壓觀測分別對工作面液壓支架的工作阻力進(jìn)行現(xiàn)場實測。沿工作面傾斜方向每隔15架液壓支架設(shè)置1個觀測點，共布置6個觀測點，具體觀測布置如圖3所示。

圖3 五2-11070綜采工作面礦壓觀測測點布置Fig.3 Arrangement of mine pressure observation points of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

2 工作面頂板來壓特征

自五2-11070綜采工作面初采初放開始通過現(xiàn)場實測，連續(xù)記錄采面不同推進(jìn)距時對應(yīng)的各測站液壓支架工作阻力，從而繪出支柱工作阻力沿工作面推進(jìn)方向的分布曲線。以實測液壓支架工作阻力平均值p和其一倍均方差σp之和作為基本頂來壓的判據(jù)p′[3]，見式(1)。

(1)

通過對五2-11070綜采工作面實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出不同觀測點周期來壓性質(zhì)及特征數(shù)據(jù)(圖4，表1)。受開采煤層傾斜角度、工作面傾斜長度等因素的影響，在工作面傾斜方向上頂板壓力顯現(xiàn)規(guī)律有所不同。通過對圖4和表1進(jìn)行分析可知，五2-11070綜采工作面礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)以下特點。

表1 五2-11070綜采工作面各測站周期來壓特征Tab.1 Periodic pressure characteristics of each station of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

圖4 各測站液壓支架工作阻力隨推進(jìn)距變化曲線Fig.4 Variation curve of hydraulic support working resistance with advancing distance in each measuring station

(1)礦壓壓力顯現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的分組來壓特征，即各地點來壓不同步。工作面監(jiān)測的6個測站自下而上初次來壓時步距分別為11.3、11.8、11.7、12.7、13.8、15.3 m，平均步距12.8 m；6個測站自下而上周期來壓時步距分別為6.75、6.35、5.85、5.75、5.05、5.55 m，平均5.88 m。

(2)五2-11070綜采工作面6個測站自下到上液壓支架來壓時增阻系數(shù)分別為1.11、1.12、1.14、1.13、1.12、1.13，平均為1.13。

(3)工作面中部支架壓力略大于兩端支架壓力，下端頭支架壓力大于上端頭支架壓力。

根據(jù)觀測結(jié)果分析可知，五2-11070綜采工作面初次來壓步距為12.8 m，周期來壓步距5.88 m，整體來壓次序為從下部往上部依次來壓；受煤層采高的影響，薄煤層回采工作面頂板下沉空間有限，在頂板巖層膨脹變形的共同作用下，工作面礦壓顯現(xiàn)較弱，有利于工作面頂板控制。

3 工作面支護(hù)適應(yīng)性分析

工作面支護(hù)裝備的合理選擇對采場圍巖的有效控制有重要作用[3-5]。工作面支柱(支架)具有合理的支護(hù)參數(shù)，如初撐力、額定工作阻力和適宜的結(jié)構(gòu)功能，才能很好地適應(yīng)頂板的活動規(guī)律，從而控制好采場頂板。

五2-11070綜采工作面采用ZY3000-08/16液壓支架，ZF3400-14/28端頭支架。工作面液壓支架根據(jù)生產(chǎn)地質(zhì)報告，五2煤層多以砂巖為其直接頂板，僅有少數(shù)地段出現(xiàn)偽頂。據(jù)生產(chǎn)礦井實踐表明，凡是以該砂巖為直接頂板，頂板靜壓力穩(wěn)定，易于支護(hù)和管理。工作面液壓支架初撐力為1 978 kN，端頭支架初撐力為2 032 kN。通過現(xiàn)場實測觀察，工作面支護(hù)適應(yīng)性良好，頂板得到較好控制。

4 結(jié)論

通過對五2-11070緩傾斜薄煤層綜采工作面采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律以及支柱支護(hù)適應(yīng)性的研究，得出以下主要結(jié)論。

(1)五2-11070工作面傾斜方向上頂板來壓不同步，從工作面下部到上部依次來壓。初次來壓步距12.8 m，周期來壓步距5.88 m。

(2)受煤層傾角、采高等因素的影響，緩傾斜薄煤層采煤工作面礦山壓力顯現(xiàn)較弱，來壓時整體增阻系數(shù)不高。

(3)采煤工作面中部礦壓顯現(xiàn)較兩端明顯，且下端頭支架壓力大于上端頭。