陳德良

（同煤集團(tuán) 礦井建設(shè)管理處，山西 大同037103）

1 工作面概況

同煤集團(tuán)同發(fā)東周窯煤業(yè)有限公司13306工作面開(kāi)采石炭系太原組5＃煤層，煤層傾角2°～4°，煤層平均厚度為8.5m，中間有1～8層夾石，最大為1.95m，最小為0.09m，巖性多為砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，次為粘土質(zhì)泥巖、泥巖。兩條順槽巷有煌斑巖不同程度侵入，工作面煤層整體呈一單斜構(gòu)造，切巷處頭高尾低、頭尾高差5.6m。老頂為含礫粗砂巖，厚度9.17m（3.51～12.53）；直接頂為粗砂巖，厚度5.87m（0.63～9.20）；直接底為細(xì)砂巖，厚度3.97m（3.04～4.77）；老底為砂質(zhì)泥巖互層，厚度2.71m（2.10～3.40）。工作面采用單一走向長(zhǎng)壁后退式放頂煤綜合機(jī)械化采煤法，用SL－500型采煤機(jī)落煤、裝煤，PF6／1142型前刮板運(yùn)輸機(jī)、PF6／1342型后刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，ZF13000／25／38型支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架支護(hù)頂板，平均采放高為8.5m，循環(huán)進(jìn)度為0.8m，采用自然跨落法管理采空區(qū)頂板。

2 采場(chǎng)支承壓力分布規(guī)律分析

1.1 采場(chǎng)支承壓力觀測(cè)方案

采場(chǎng)超前支承壓力和側(cè)向支承壓力是工作面巷道布置、采場(chǎng)及巷道圍巖控制的依據(jù)。為掌握13306工作面回采巷道支承壓力分布情況，在13306上下巷分別超前30m及50m內(nèi)的單體液壓支柱上每隔2m設(shè)置一組礦用單體液壓支柱數(shù)字壓力循環(huán)監(jiān)測(cè)儀，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)測(cè)定單體液壓支柱工作阻力變化情況，每隔2m一組；煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)使用的ZYJ－25型鉆孔應(yīng)力計(jì)型布置133061下巷超前工作面前方50m、60m處。布置分為10個(gè)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)儀器布置見(jiàn)圖1。

圖1 監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備布置

1.2 工作面超前支承壓力分布研究

（1）巷道超前單體液壓支柱荷載變化分析

通過(guò)手持采集器采集超前單體柱上安裝的礦用單體數(shù)字壓力循環(huán)監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)。對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 工作面超前單體液壓支柱載荷變化

由圖2分析可知：受老頂周期來(lái)壓影響，老頂懸梁以支架為支撐點(diǎn)，后方斷裂后，集中應(yīng)力向前傳遞。單體液壓支柱載荷在工作面前方5m處達(dá)到最大值，133061、133062巷分別為23.3MPa和24.8MPa。5～25m范圍內(nèi)，單體液壓支柱載荷逐漸下降為15MPa，下降過(guò)程較快，25～45m內(nèi)，單體液壓支柱載荷下降緩慢，由15MPa下降到6MPa，工作面前方45m外基本不受工作面采動(dòng)影響。

（2）超前應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

依據(jù)超前鉆孔應(yīng)力計(jì)讀取的數(shù)據(jù)，整理分析結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 超前鉆孔應(yīng)力變化曲線

由圖3可知：在工作面推進(jìn)過(guò)程中，工作面超前支承壓力的影響在0～38m范圍內(nèi)，其中在工作面前6m處，支承壓力最大，其值為26.5MPa；原巖應(yīng)力以17.85MPa計(jì)算，應(yīng)力集中系數(shù)約為1.48。

（3）側(cè)向支承壓力分布分析

利用線性插值法，對(duì)側(cè)向鉆孔支承壓力進(jìn)行分析，得出煤柱側(cè)側(cè)向超前支承壓力曲線（見(jiàn)圖4）。

圖4 側(cè)向支承壓力分布曲線

分析圖4可知，受巷道開(kāi)挖及采場(chǎng)支承壓力影響，煤柱側(cè)向支承壓力可分為5個(gè)區(qū)域，即：0～7m為煤體邊緣卸載區(qū)；7～12m為支承壓力上升區(qū)；12～18m為支承壓力峰值區(qū)；18～28m為支承壓力下降區(qū)，28m以外為原巖應(yīng)力區(qū)。工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ挠绊懛秶鸀?8m，側(cè)向支承壓力值在工作面前方14m處最大，其峰值為24.8 MPa。

3 工作面礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

13306薄煤層工作面采用山東尤洛卡在線礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行礦壓數(shù)據(jù)的采集（設(shè)備布置示意見(jiàn)圖5），工作面共布置上部、中部、下部三個(gè)測(cè)區(qū)。本工作面共有支架100架，其中ZY4400／10／23型液壓支架6架，ZY4000／09／19D型液壓支架94架。最大控頂距為4600mm，最小控頂距為4000mm，端面距為400mm。

圖5 13306工作面礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備布置

3.1 工作面初次礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

根據(jù)13306工作面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，該面直接頂初次垮落時(shí)，工作面總進(jìn)尺為機(jī)頭7.2m，機(jī)尾10.8m，平均9m，支架工作阻力普遍增大，部分支架出現(xiàn)壓力增高又回落現(xiàn)象，同時(shí)，30＃～90＃支架出現(xiàn)頂板變軟的現(xiàn)象，7?！?0＃、61?！?0＃、91?！?9＃支架頂板破碎，通過(guò)機(jī)尾架后觀測(cè)采空區(qū)，證實(shí)為直接頂初次垮落，垮落程度不均，但以中下部垮落較多，范圍較大，兩端較少。直接頂垮落持續(xù)了4天，期間推進(jìn)5m，直接頂垮落過(guò)程中，中下部（機(jī)尾為下）支架增阻較明顯，垮落后支架阻力回落，頂板破碎，其它支架有增阻，并出現(xiàn)頂板破碎現(xiàn)象。

3.2 工作面周期來(lái)壓特征

工作面初次來(lái)壓后，工作面開(kāi)始正?；夭?，依據(jù)砌體梁理論，老頂在覆巖載荷的作用下巖梁彎曲應(yīng)力逐漸增大，回轉(zhuǎn)下沉變形趨于顯著，直至受載巖梁的拉應(yīng)力大于老頂?shù)目估瓘?qiáng)度時(shí)，就會(huì)進(jìn)入經(jīng)歷“失穩(wěn)－平衡”周期性變化過(guò)程?，F(xiàn)依據(jù)礦壓實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析13306工作面的周期來(lái)壓規(guī)律，其具體特征見(jiàn)表1。

表1 基本頂歷次來(lái)壓期間動(dòng)載系數(shù)統(tǒng)計(jì)

綜合分析表2可以得出：

1）支架末阻力最大值平均為3192kN，占額定工作阻力4000kN的80%，說(shuō)明支架工作狀態(tài)良好，選型合理。

2）13306工作面的上部、中部、下部的老頂平均來(lái)壓步距分別為17.6m、18.4m、17.5m，整個(gè)工作面的老頂平均周期來(lái)壓步距為17.8m，工作面上下部老頂來(lái)壓步距比中部偏小，兩者基本一致。

3）13306工作面老頂周期來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)平均1.26，動(dòng)載系數(shù)偏低，因?yàn)楣ぷ髅娴捻數(shù)装遢^為堅(jiān)硬，為方便工人作業(yè)，采高調(diào)整為1.5～1.8m，割取了部分直接頂，直接頂?shù)耐暾允艿揭欢ǖ钠茐?，直接頂隨采隨冒，沒(méi)有出現(xiàn)大面積懸頂情況，支架受力不集中。

4 結(jié)語(yǔ)

1）13306工作面工作面超前支承壓力的影響在0～38 m范圍內(nèi)，其中在工作面前6m處，支承壓力最大，其值為26.5MPa，側(cè)向支承壓力影響范圍28m，護(hù)巷煤柱留設(shè)30m較為合理。

2）13306工作面初次來(lái)壓步距為26.8m，老頂周期來(lái)壓步距平均17.8m，來(lái)壓期間動(dòng)載系數(shù)平均1.26，動(dòng)載系數(shù)偏低，總體表現(xiàn)為老頂周期來(lái)壓明顯但不強(qiáng)烈。

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