岳小建

(山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司)

夏店煤礦綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

岳小建

(山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司)

根據(jù)實(shí)測(cè)夏店煤礦8120綜放試驗(yàn)工作面支架初撐力、循環(huán)末阻力、時(shí)間加權(quán)平均工作阻力及其分布頻率等參數(shù)，探討了綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。結(jié)果表明：工作面平均周期來(lái)壓步距為21.6 m，平均動(dòng)載系數(shù)為1.67，且綜放工作面頂煤的放出導(dǎo)致了控頂距上方頂煤的破碎、移動(dòng)，使得支架初撐力、時(shí)間加權(quán)平均工作阻力等參數(shù)值偏低。

綜放工作面 周期來(lái)壓 初撐力 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

綜放工作面支架工作阻力的變化是由頂板巖層變形移動(dòng)引起的[1-5]。為了研究山西某煤礦綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，2014年5月—8月，在夏店煤礦8120綜放工作面進(jìn)行了礦壓觀測(cè)，重點(diǎn)測(cè)定支架工作阻力、煤壁片幫、端面冒頂?shù)葏?shù)，研究支架運(yùn)轉(zhuǎn)特性、支架與圍巖作用的關(guān)系，分析整個(gè)工作面頂板壓力分布情況，掌握采面頂板活動(dòng)規(guī)律。

1 礦井概況

夏店煤礦井田內(nèi)9#、10#、11#煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，且均為自燃煤層。9#煤層位于太原組下段，煤層厚1.19～1.65 m，平均厚1.49 m，不含夾矸，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的全井田穩(wěn)定可采煤層。10#煤層位于太原組底部，煤層厚1.07～2.40 m，平均厚1.76 m，煤層偶含一層夾矸，屬結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的穩(wěn)定煤層，全區(qū)可采。11#煤層位于太原組最底部，煤層厚1.65～4.71 m，平均厚3.99 m，該煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含夾矸2～4層。井田構(gòu)造總體為一寬緩背斜，背斜軸呈NE走向，兩翼傾角相近，傾角4°～5°，北翼地層傾角較南翼地層更為平緩，井田構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類(lèi)型，屬低瓦斯礦井。礦井水文地質(zhì)條件類(lèi)型為中等型。

2 綜放工作面現(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)

2.1 觀測(cè)站布置及觀測(cè)方法

夏店煤礦8120綜放面為走向長(zhǎng)壁工作面，采面內(nèi)共安裝122架液壓支架，其中2架過(guò)渡支架和6架排頭支架(上下端各3架)。支架由下至上編號(hào)依次為1#，2#，3#，...，122#。在該工作面上部布置4條觀測(cè)線，分別位于114#，104#，94#、84#支架上；在該工作面中部布置4條觀測(cè)線，分別位于44#，54#，64#，74#支架上；在該工作面下部布置4條觀測(cè)線，位于4#，14#，24#，34#支架上。利用KJ216煤礦頂板動(dòng)態(tài)(壓力)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)液壓支架工作阻力進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

2.2 觀測(cè)結(jié)果分析

2.2.1 綜放面礦壓顯現(xiàn)特征

圖1為8120工作面中部54#支架來(lái)壓統(tǒng)計(jì)曲線。由圖1可知，2種來(lái)壓判據(jù)在初次來(lái)壓和前3次周期來(lái)壓時(shí)判斷結(jié)果一致，但在工作面推進(jìn)至70～100 m時(shí)，采用時(shí)間加權(quán)平均工作阻力判據(jù)結(jié)果顯示沒(méi)有發(fā)生周期來(lái)壓現(xiàn)象，僅僅是在75，85，95 m處曲線有3次明顯的波動(dòng)，但未達(dá)到來(lái)壓判據(jù)的臨界值；采用初增阻速度作為來(lái)壓判據(jù)時(shí)結(jié)果顯示，在推進(jìn)至87，100 m處時(shí)分別發(fā)生了第4次和第5次周期來(lái)壓。

圖1 54#支架來(lái)壓統(tǒng)計(jì)曲線

圖2為8120工作面在推進(jìn)70～120 m期間54#支架初撐力與最大工作阻力統(tǒng)計(jì)曲線。由圖2可知，在工作面推進(jìn)至90，100 m附近時(shí)，支架最大工作阻力分別達(dá)到了3 400.54，4 379.12 kN，已遠(yuǎn)超過(guò)時(shí)間加權(quán)平均工作阻力來(lái)壓判據(jù)臨界值2 693.61 kN，可以認(rèn)為此時(shí)工作面產(chǎn)生了周期來(lái)壓現(xiàn)象。但此時(shí)的時(shí)間加權(quán)平均工作阻力分別為2 085.27， 1 852.03 kN，均低于來(lái)壓臨界值，造成了工作面未產(chǎn)生周期來(lái)壓的誤判。在工作面推進(jìn)至90，100 m附近時(shí)，雖然支架初撐力較低，但移架之后支架初增阻速度較大，說(shuō)明此時(shí)工作面頂板活動(dòng)較為劇烈，工作面產(chǎn)生了周期來(lái)壓。

圖2 54#支架初撐力與最大工作阻力統(tǒng)計(jì)曲線

2.2.2 綜放試驗(yàn)面來(lái)壓規(guī)律

8120綜放工作面共設(shè)置有12條礦壓觀測(cè)線，在工作面上部、中部、下部分別選擇84#，54#，14#支架曲線進(jìn)行分析。工作面上部84#支架和工作面下部14#支架的來(lái)壓統(tǒng)計(jì)曲線見(jiàn)圖3。

圖3 84#、14#支架來(lái)壓統(tǒng)計(jì)曲線

由圖3可知，隨著工作面的推進(jìn)，上部支架初次來(lái)壓步距較小，平均為23 m，并且初次來(lái)壓步距與周期來(lái)壓步距相差不大，來(lái)壓影響范圍為2.0～6.5 m。由此表明，工作面上部頂板巖層由于受到2118工作面采空區(qū)的影響，老頂懸頂距離較小且容易垮落，其初次垮落以及周期垮落步距相差較小，平均為20～25 m。工作面上部頂板巖層垮落后，工作面中部滯后5～8 m隨之產(chǎn)生來(lái)壓現(xiàn)象，平均初次來(lái)壓步距為30 m，來(lái)壓影響范圍約5 m，平均為18 m。8120工作面下方為未開(kāi)采的實(shí)體煤，頂板巖層相當(dāng)于三邊固支梁受力模型，同時(shí)由于工作面下巷采用錨桿支護(hù)，回采過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)拆除，也會(huì)增大靠近下巷位置的頂板懸頂距離。工作面下部支架初次來(lái)壓步距為30～38 m，大于工作面上部的初次來(lái)壓步距。

2.2.3 支架工作阻力與初撐力之間關(guān)系

由于煤層賦存條件、頂板穩(wěn)定程度以及開(kāi)采工藝的不同，支架初撐力對(duì)頂板穩(wěn)定性的影響程度也不一致。當(dāng)煤層厚度發(fā)生變化時(shí)，支架與圍巖相互作用關(guān)系的不同，使得支架初撐力對(duì)頂板的控制作用以及由此引起的工作阻力的變化各有特點(diǎn)。綜放面不同位置支架工作阻力與初撐力的關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖4 支架初撐力與循環(huán)末阻力的關(guān)系

由圖4可知，支架循環(huán)末阻力與支架初撐力整體上呈線性正相關(guān)關(guān)系，但在不同區(qū)域內(nèi)隨著支架初撐力的增加，支架工作阻力增長(zhǎng)的速率也各不一致。

3 結(jié) 論

(1)8120綜放試驗(yàn)工作面上部、中部和下部平均初次來(lái)壓步距依次為20.25，29.5，30.75 m，平均周期來(lái)壓步距依次為17.5，20.19，19.56 m，工作面平均周期來(lái)壓步距為 21.6 m。

(2)綜放工作面由于頂煤的放出導(dǎo)致控頂距上方頂煤破碎、移動(dòng)，支架初撐力、時(shí)間加權(quán)平均工作阻力偏低。觀測(cè)期間支架最大初撐力為3269.14kN，為額定初撐力的63.4%；支架循環(huán)末阻力平均值為2710.34kN，僅為支架額定工作阻力(7000kN)的38.72%；在頂板周期來(lái)壓期間，采面不同區(qū)域內(nèi)支架最大循環(huán)末阻力達(dá)到支架額定工作阻力的79.4%～81.7%。

[1] 劉 飛，馬 華，丁言露.礦山壓力及巖層控制原理[J].煤礦現(xiàn)代化，2011(1)：98-100.

[2] 倪興華，苗素軍，楊永杰.綜放工作面端頭順槽超前液壓支架支護(hù)技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

[3] 高 峰，錢(qián)鳴高，繆協(xié)興.采場(chǎng)支架工作阻力與頂板下沉量類(lèi)雙曲線關(guān)系的探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1999，18(6)：658-662.

[4] 曹勝根，錢(qián)鳴高，劉長(zhǎng)友，等.采場(chǎng)支架-圍巖關(guān)系新研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1998，23(6)：575-579.

[5] 張可斌，劉成錄，王洪忠，等.煤礦采場(chǎng)礦山壓力導(dǎo)論[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

2015-01-26)

岳小建(1987—)，男，助理工程師，036500 山西省忻州市河曲縣晉神沙坪。