李 立

（汾西正暉煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西省忻州市，034000）

1 工作面概況

7321工作面標(biāo)高＋665～690m，地面標(biāo)高＋850～930m，走向長(zhǎng)750m，傾斜長(zhǎng)110～180m，煤層平均厚度為1.35m，傾角7°，屬近水平薄煤層。工作面采用長(zhǎng)壁式綜合機(jī)械化采煤，自然垮落法管理頂板，采高為1.35m，開采二疊系山西組3＃煤層。煤層頂板為泥巖，直接底為灰色中砂巖，具體情況見表1。

因該工作面與上覆2＃煤層的層間距僅為9～10m，礦山壓力顯現(xiàn)較大，因而在支護(hù)時(shí)采用窄輕型支架。通過(guò)對(duì)工作面進(jìn)行系統(tǒng)的礦壓監(jiān)測(cè)與分析，可以分析在薄煤層中運(yùn)用窄輕型支架和實(shí)行綜合機(jī)械化開采技術(shù)條件下的礦山壓力特征，掌握頂板運(yùn)移、損傷、破壞規(guī)律及在上覆煤層采動(dòng)影響下的礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)，進(jìn)而提出合理的應(yīng)對(duì)措施，達(dá)到高效合理開采和綜合機(jī)械化安全生產(chǎn)的目的。

表1 新陽(yáng)煤礦7321綜采工作面煤層巖性特征

2 工作面礦壓觀測(cè)方法及站點(diǎn)布置

根據(jù)7321綜采工作面的煤層狀況、頂?shù)装鍡l件、巷道布置、水文地質(zhì)情況、采煤方法及支護(hù)方式等因素，選用YHY60（B）礦用本安型數(shù)字壓力計(jì)連續(xù)觀測(cè)液壓支架立柱載荷大小，計(jì)算支架的初撐力、工作阻力、時(shí)間加權(quán)平均工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度等參數(shù)，統(tǒng)計(jì)支架的工作特性曲線及不同時(shí)段壓力－時(shí)間曲線中各類型的百分比，由此分析綜放工作面頂板支撐壓力的性質(zhì)與大小，支架在各個(gè)時(shí)段的支撐狀態(tài)及對(duì)頂煤、頂板的適應(yīng)性等特征。

7321工作面初期共安設(shè)了10套觀測(cè)儀器，從第3架支架開始安裝，每隔10架安裝1套儀器，即在3＃、13＃、23＃…93＃支架的左右立柱上安裝。為方便對(duì)整個(gè)工作面進(jìn)行分析，將10套觀測(cè)儀器按其在工作面的位置，分成上部、中部、下部3組進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。

3 工作面初采期間支架載荷觀測(cè)結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)7321工作面進(jìn)行的300個(gè)循環(huán)變量的礦壓觀測(cè)，得到工作面初次來(lái)壓特征統(tǒng)計(jì)表，見表2，同時(shí)將上、中、下各部分支架載荷的平均值繪制成曲線圖，見圖1。

表2 7321工作面初次來(lái)壓特征統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，來(lái)壓前各組的平均載荷依次為2795kN／架（上部）、2598kN／（中部）和2649 kN／架（下部），初次來(lái)壓期間的最大載荷平均值則相應(yīng)升高為3358kN／架、3362kN／架和3380 kN／架，來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)分別為1.2、1.29和1.28。工作面上部、中部和下部支架的綜合平均結(jié)果為來(lái)壓前2681kN／架，來(lái)壓期間3367kN／架，來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)為1.26。

由圖1可以看出，工作面開采后隨著推進(jìn)距離的加大，頂板的彎曲下沉導(dǎo)致支架載荷逐漸增加。直接頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?2.6～13.4m，平均13 m。直接頂板垮落期間實(shí)測(cè)的支架載荷增幅較大，支架載荷為2000～2600kN／架，是直接頂初次垮落前平時(shí)支架載荷的1.19倍?？傮w來(lái)看，工作面直接頂初次垮落過(guò)程中的支架平均載荷不大，僅有2569.7kN／架。

圖1 7321工作面支架平均載荷變化曲線圖

工作面開采至第13日時(shí)，觀測(cè)到支架載荷的增大現(xiàn)象，能聽見老頂清脆的斷裂聲音，工作面煤壁片幫嚴(yán)重，45?！?0＃支架區(qū)域的直接頂板冒落，造成機(jī)道風(fēng)流風(fēng)速加大，回采巷道前方支承壓力變化劇烈、頂板變形顯著，巷幫片幫嚴(yán)重。這反映的是采場(chǎng)老頂（基本頂）的初次來(lái)壓過(guò)程，它是工作面的老頂破斷失穩(wěn)造成的。由巷道來(lái)壓預(yù)報(bào)測(cè)站采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得知此時(shí)的頂板動(dòng)態(tài)儀來(lái)壓反映最為明顯，其中第13日凌晨，I3頂板動(dòng)態(tài)儀處的頂板出現(xiàn)了加速下沉現(xiàn)象，I1和I2頂板動(dòng)態(tài)儀處的頂板出現(xiàn)反彈，反彈量分別為2.92mm和1.92 mm，而第15日兩個(gè)動(dòng)態(tài)儀的累積反彈量高達(dá)7.4 mm和2.44mm。工作面的支架載荷急劇增大，巷道超前范圍頂板的加速下沉和反彈現(xiàn)象，以及工作面煤壁和巷道的嚴(yán)重片幫等現(xiàn)象同時(shí)出現(xiàn)，充分說(shuō)明采場(chǎng)處于初次來(lái)壓時(shí)刻。觀測(cè)的初次來(lái)壓過(guò)程持續(xù)2d，頂板初次來(lái)壓時(shí)，工作面下部、中部和上部的推進(jìn)距離分別為23.7m、25.7m和27.5m，初次來(lái)壓步距平均為24.97m。

根據(jù)7321工作面所進(jìn)行的礦壓觀測(cè)分析，工作面在正常回采階段頂板隨采隨冒，周期來(lái)壓步距為13～20m，平均為16.2m。實(shí)測(cè)的初撐力和工作阻力較低，平均值分別為1764.7kN／架和2183.6kN／架，為額定工作阻力（4000kN／架）的54.6%；時(shí)間加權(quán)平均值為1953.4kN／架，相當(dāng)于額定工作阻力（4000kN／架）的48.8%；實(shí)測(cè)工作面動(dòng)載系數(shù)均不大于1.7，來(lái)壓不明顯。由此看來(lái)，窄輕型支架在7321工作面是完全可以滿足頂板支護(hù)強(qiáng)度的需要，并且具有較大富裕系數(shù)，從而為今后因開采面積增大而引起的來(lái)壓增大提供了可靠的支護(hù)強(qiáng)度保證。

4 工作面末采期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

由于超前支承壓力影響，綜放工作面末采期間煤幫較為松軟，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)比頂煤及支架穩(wěn)定性的試驗(yàn)分析得知，如果工作面收尾后撤架空間正處在來(lái)壓期間，則是最為不利的時(shí)空條件，此時(shí)撤架無(wú)論在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是非常不利的。反之，如果工作面收尾后撤架空間是處在來(lái)壓剛過(guò)，圍巖相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，此時(shí)撤架則是最為有利的。另一方面，工作面回采結(jié)束后的設(shè)備搬家速度直接影響到整個(gè)礦井生產(chǎn)接替的正常進(jìn)行，因而在工作面末采期間進(jìn)行礦壓觀測(cè)顯得尤為重要。

末采期間綜采工作面具體觀測(cè)情況見表3，7321工作面距離停采面平均45m時(shí)（機(jī)尾距停采線52m，機(jī)頭38m），對(duì)工作面礦壓情況進(jìn)行觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常情況。在距停采線平均38.5m時(shí)，工作面來(lái)壓，工作面發(fā)生大塊片幫。當(dāng)機(jī)尾距停采線30m，機(jī)頭20m，平均25m時(shí)，礦壓觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在工作面的中部有30架支架范圍的煤壁片幫嚴(yán)重，另外在機(jī)頭和機(jī)尾附近的一些部位也有片幫現(xiàn)象，從而判斷是采場(chǎng)的一次周期來(lái)壓顯現(xiàn)。此次來(lái)壓步距13.5m，與前期觀測(cè)結(jié)果基本相符，由此得出工作面停采線大致位于非來(lái)壓狀態(tài)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)觀察，此時(shí)圍巖處在相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，正是最為有利的撤架時(shí)刻，回撤通道空間基本安全。

通過(guò)7321綜采面末采回撤期間礦壓觀測(cè)情況（表3）可知，在距停采線平均14.5m時(shí)，工作面僅有47?！?2＃支架位置有輕微片幫，屬于正常礦壓顯現(xiàn)。在距停采線13m時(shí)，37?！?9＃架處片幫嚴(yán)重，73?！?4＃支架處片幫嚴(yán)重，總共有25架支架范圍煤壁有片幫，涉及37.5m范圍長(zhǎng)度內(nèi)的礦壓顯現(xiàn)增加，因此判斷為末采的第二次周期來(lái)壓，據(jù)此更加確定了工作面回撤停采位置處于非來(lái)壓狀態(tài)的判斷。而回采至停采線6～7m時(shí)所觀測(cè)的煤壁片幫現(xiàn)象，實(shí)際上是實(shí)施鋪網(wǎng)以及打錨桿支護(hù)后，工作面推進(jìn)速度變慢而使煤壁片幫出現(xiàn)的情況，正常速度回采時(shí)不會(huì)出現(xiàn)，因而不是周期來(lái)壓顯現(xiàn)。依據(jù)目前礦壓觀測(cè)成果，至工作面回采至停采線，不會(huì)有周期來(lái)壓，可以正?；爻吩O(shè)備。

表3 7321綜采面末采回撤期間礦壓觀測(cè)情況表

5 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)對(duì)7321工作面的連續(xù)礦壓觀測(cè)，掌握了該工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，初次來(lái)壓步距平均為24.97m，周期平均來(lái)壓步距 為16.2m，從而為巷道的合理維護(hù)、工作面的合理推進(jìn)提供了依據(jù)。

（2）7321工作面來(lái)壓前支架平均載荷2681 kN／架，來(lái)壓期間支架平均載荷3367kN／架，來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)為1.26，動(dòng)載系數(shù)較小，所選用的窄輕型支架可以滿足頂板支護(hù)強(qiáng)度的要求。

（3）7321工作面末采期間經(jīng)歷了3次周期來(lái)壓，其步距為13.5m，與前期的礦壓觀測(cè)成果（13～20m）完全相符，工作面停采線位置處于上次來(lái)壓后的非來(lái)壓狀態(tài)期間，礦壓顯現(xiàn)較小，回撤通道空間恰好位于未斷巖層的保護(hù)之下，有利于設(shè)備回撤。

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