王建波

[摘 要]礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律是指導(dǎo)采煤工作面安全開采的重要依據(jù)，通過對(duì)紅柳煤礦I020201綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，掌握了來(lái)壓步距、來(lái)壓強(qiáng)度、支架載荷分布規(guī)律，煤壁片幫等礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)。為選擇合理的支護(hù)形式、進(jìn)行正確的支護(hù)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。

[關(guān)鍵詞]綜采工作面；頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律；工作阻力；支護(hù)強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：TD 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0005-02

1、I020201工作面概況

I020201綜采工作面位于紅柳井田中部偏東，地面為沙丘覆蓋的自然地表，并有少量的植被，無(wú)建筑物。工作面南起11采區(qū)2煤回風(fēng)巷，北至11采區(qū)2煤回風(fēng)巷以北1498m，西距2煤輔運(yùn)大巷100m，東距正在施工的I020201工作面運(yùn)輸巷35m。

I020201綜采工作面為2層煤，煤層平均厚度5.28m，平均傾角8°30′，為確保安全生產(chǎn)，在初采初放期間，采高定為4.5m，初采初放結(jié)束后工作面采高為5.2m。工作面煤層頂板：偽頂為0.10m厚灰黑色，易脫落的炭質(zhì)泥巖；直接頂為8.37m厚灰白色、灰色、細(xì)粒粉砂巖和粉砂巖泥巖組成的復(fù)合型頂板，穩(wěn)定性中等；老頂為19.59m厚灰白色、灰色、細(xì)粒粉砂巖和粉砂巖泥巖組成的復(fù)合型頂板，穩(wěn)定性中等；直接底為10.01m厚灰色，灰褐色，遇水變軟的粉砂巖；老底為灰色細(xì)粉砂巖，巖石細(xì)膩，膠結(jié)致密。

2、礦壓觀測(cè)方案

（1）綜采工作面工作阻力在線監(jiān)測(cè)

通過監(jiān)測(cè)支架的工作阻力，可以分析頂板對(duì)支架的作用強(qiáng)度，分析頂板的周期來(lái)壓規(guī)律，為工作面的安全高效生產(chǎn)提供決策依據(jù)。

（2）頂板離層報(bào)警在線監(jiān)測(cè)

用于回采巷道頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)巷道圍巖和頂板的松動(dòng)離層。常用的監(jiān)測(cè)方法是通過頂板離層傳感器監(jiān)測(cè)頂板內(nèi)不同基點(diǎn)的相對(duì)位移量。

（3）錨桿錨索應(yīng)力、鉆孔應(yīng)力、巷道變形監(jiān)測(cè)

通過對(duì)錨網(wǎng)巷道錨桿或錨索的支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，可以反映出錨桿的初始錨固力、錨桿受力的變化狀態(tài)和變化規(guī)律，分析回采巷道工作面推進(jìn)過程外應(yīng)力場(chǎng)作用對(duì)錨網(wǎng)巷道的影響以及評(píng)價(jià)錨網(wǎng)支護(hù)的效果。

3、I020201綜采工作面礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 鉆孔應(yīng)力計(jì)與錨桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

（1）鉆孔應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)分析

圖1所示，統(tǒng)計(jì)中的距離表示該應(yīng)力計(jì)處于工作面推進(jìn)方向煤壁前方煤體中到工作面煤壁的距離。圖1表明，鉆孔應(yīng)力計(jì)從工作面前方60m左右開始增大，在工作面與應(yīng)力計(jì)距離縮小到25.6m后穩(wěn)定在壓力最高值上，隨著距離進(jìn)一步縮短以及進(jìn)入到采空區(qū)之后支承壓力未再發(fā)生變化。

（2）錨桿受力監(jiān)測(cè)分析

錨桿受力工作面回采期間被動(dòng)受力，受靜力影響時(shí)壓力為2.5kN，隨著工作面推采，受超前支承壓力影響，承受壓力逐漸增大，巷道完整區(qū)域最大可達(dá)18kN，破碎區(qū)域最大可達(dá)到22.5kN，所用錨桿受力各參數(shù)能夠滿足支護(hù)需要；只是在頂板破碎區(qū)域載荷較大，用棚子加強(qiáng)支護(hù)后，棚子存在鉆底、棚腿下陷等現(xiàn)象，對(duì)錨桿受力的回撤工作帶來(lái)了一定的困難。

3.2 I020201工作面支架工作阻力監(jiān)測(cè)與分析

綜采工作面自下而上共設(shè)三個(gè)觀測(cè)區(qū)，第四架、第六架為工作面下端觀測(cè)區(qū)，第164架和166架為工作面上端觀測(cè)區(qū)，工作面中部10、150架為中部觀測(cè)區(qū)，中部觀測(cè)區(qū)每隔10架安裝一組儀器，分別觀測(cè)支架前柱的工作阻力和支架后柱的工作阻力，觀測(cè)工作在2010年9月26日-1011年5月25日進(jìn)行。工作面機(jī)巷推進(jìn)9.3m，風(fēng)巷6.5m，老空直接頂?shù)谝淮慰缏洳骄酁?.5m，跨落范圍80架-120架，10月9日工作面推進(jìn)13m，直接頂跨落范圍為80架-157架，根據(jù)支架工作阻力曲線圖可以看出，工作面支架壓力主要集中在中部，且上部壓力大于下部，直接頂垮落主要在中上部，老空填充量比較理想，下部老空填充量不理想。2010年10月15日工作面100-157架頂板跨落，2010年10月19日工作面157-167頂板跨落，采空區(qū)跨落高度5-7m基本接頂。2010年10月28日55號(hào)架-115號(hào)架來(lái)壓，采空區(qū)充填充填密實(shí)。

（1）頂煤的初次垮落監(jiān)測(cè)

工作面初采期間，推進(jìn)速度較慢，當(dāng)工作面上巷推進(jìn)6.5m，下巷推進(jìn)9.3m，平均推進(jìn)7.5m時(shí)，工作面沿傾斜方向2/3頂煤冒落，完成了頂煤的初次垮落，初垮步距7.2m。頂煤初垮時(shí)，在工作面上、下端頭頂煤冒落效果較差，隨工作面的繼續(xù)推進(jìn)，這種現(xiàn)象逐步改變。頂煤初垮期間端面頂板完整，煤壁片幫及支架載荷較小，與頂煤初垮前相比礦壓顯現(xiàn)無(wú)明顯變化。

（2）老頂初次來(lái)壓期間支架工作阻力

工作面初次來(lái)壓時(shí)，下巷推進(jìn)34.7米，上巷推進(jìn)31.3米（按原點(diǎn)號(hào)），平均33.0時(shí)，加上切眼的寬度，此時(shí)，老頂懸垮40.5米（加切眼寬度7.5米），老頂巖梁斷裂下沉，采空區(qū)內(nèi)頂煤及直接頂時(shí)有大面積垮落聲并不斷有大量風(fēng)流從采空區(qū)內(nèi)涌出，工作面支架載荷、活柱下縮量、煤壁片幫增大，安全閥開啟增多；支架工作阻力平均8613.5KN/架，最大9152.2KN/架，動(dòng)載系數(shù)為1.4，活柱下縮量平均7.7mm/循環(huán)，最大25.8mm/循環(huán)，片幫值來(lái)壓期間最大700mm，平均288mm；安全閥開啟率平均7.7%，垮落的直接頂基本上能夠充滿采空區(qū)，老頂失穩(wěn)后，隨即觸矸，因此老頂來(lái)壓時(shí)對(duì)工作面影響不大。

（3）老頂周期來(lái)壓期間支架工作阻力

老頂初次垮落后，隨工作面推進(jìn)會(huì)周期性出現(xiàn)來(lái)壓現(xiàn)象，共連續(xù)觀測(cè)到六次周期來(lái)壓，周期來(lái)壓步距平均19.3m。因?yàn)楣ぷ髅鎭?lái)壓具有不同步性，因此工作面上、中、下部將不間斷的受周期壓力影響。周期來(lái)壓期間支架工作阻力平均7999KN/架，最大8502KN/架，動(dòng)載系數(shù)為1.3。煤壁片幫值最大1000mm，平均240mm。第一次周壓期間，活柱下縮量平均8.4mm/循環(huán)，最大26mm/循環(huán)，安全閥開啟率14.3%。

（4）老頂來(lái)壓強(qiáng)度分析

工作面的來(lái)壓強(qiáng)度是利用動(dòng)載系數(shù)------頂板來(lái)壓時(shí)的支架載荷與非頂板來(lái)壓時(shí)的支架載荷的比值作為衡量標(biāo)準(zhǔn)的。該面動(dòng)載系數(shù)按循環(huán)末工作阻力計(jì)算，初次來(lái)壓時(shí)上部為1.4，中部為1.5，下部為1.3，周期來(lái)壓時(shí)上部平均為1.2，中部為1.3，下部為1.2，說明該面中部的來(lái)壓強(qiáng)度相對(duì)高于工作面上部和下部。

工作面支架平時(shí)工作阻力為6153KN，頂板初垮步距7.2米；老頂初次來(lái)壓步距平均40.5米，初次來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)為1.4，周期來(lái)壓步距平均19.6米，動(dòng)載系數(shù)為1.3，工作面來(lái)壓沿傾斜方向呈現(xiàn)來(lái)壓不同步特性，因此工作面上、中、下部將不間斷的受周期壓力影響。

（5）支架適應(yīng)性分析

1）初撐力（P0）分析

實(shí)測(cè)支架初撐力在觀測(cè)期間平均值為24.6MPa，支架設(shè)計(jì)初撐力32MPa，為該支架額定初撐力的78.2%。

隨工作面推進(jìn)，每個(gè)循環(huán)內(nèi)支架阻力的大小因支架操作質(zhì)量、控頂效果及頂板動(dòng)態(tài)變化的影響而不同。工作面支架初撐力（P0）頻率分布如表1所示。

由表1可知，25～27MPa的初撐力占51%，25～29MPa的占75.7%，從實(shí)測(cè)平均初撐力和分布特征來(lái)看，支架的初撐力比較高。支架初撐力變化不大，說明支架初撐狀態(tài)時(shí)整體受力均衡。

由于支架初撐力發(fā)揮的較好，工作面開采期間直接頂沒有出現(xiàn)離層現(xiàn)象，煤壁片幫很小且只在局部區(qū)域出現(xiàn)，沒有發(fā)生冒頂現(xiàn)象。初撐力對(duì)頂板起到了及時(shí)支護(hù)作用，控制住了頂板的早期離層，起到了及時(shí)護(hù)頂?shù)淖饔谩?/p>

2）工作阻力（Pm）分析

實(shí)測(cè)支架工作阻力在觀測(cè)期間平均值為33.71MPa，支架額定工作阻力為40MPa，為該支架額定工作阻力的84.3%。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，34.0～36.0MPa工作阻力占50.3%，超過50%；工作阻力34.0MPa以上占80.0%以上。從實(shí)測(cè)平均工作阻力和分布特征來(lái)看，支架工作阻力大小及分布與支架額定工作阻力相比，其工作阻力的有效發(fā)揮程度較高。

3）支架工作阻力統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)支架左右柱工作狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：左柱：所有有效工作末阻力的數(shù)量為312個(gè)，平均值為33.71MPa；右柱：所有有效工作末阻力的數(shù)量為312個(gè)，平均值為31.5MPa；支架工作末阻力變化相對(duì)穩(wěn)定，說明支架整體受力均衡。

4、結(jié)論

（1）I020201工作面超前支承壓力影響范圍為45m左右，明顯影響范圍20m，工作面實(shí)際超前支護(hù)范圍為20m，支護(hù)參數(shù)達(dá)到了要求，在整個(gè)觀測(cè)期間未發(fā)生冒頂事故，沒有嚴(yán)重的片幫現(xiàn)象，證明超前支護(hù)能夠有效的控制開采對(duì)工作面巷道的影響。

（2）頂煤初垮步距7.2米；老頂初次來(lái)壓步距平均40.5米，動(dòng)載系數(shù)為1.4；工作面來(lái)壓沿傾斜方向呈現(xiàn)不同步特性；周期來(lái)壓步距平均19米，動(dòng)載系數(shù)為1.3，因工作面來(lái)壓具有不同步性，因此工作面上、中、下部將不間斷的受周期壓力影響。綜合分析礦壓觀測(cè)結(jié)果，確定液壓支架選取正確，1.03～1.06Mpa支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)合理。

（3）工作面回采期間回采巷道錨桿被動(dòng)受力，受靜力影響時(shí)壓力為2.5kN，隨著工作面推采，受超前支承壓力影響，巷道穩(wěn)定區(qū)錨桿最大受力可達(dá)18kN，所用錨桿受力各參數(shù)能夠滿足支護(hù)需要；破碎區(qū)域錨桿最大受力可達(dá)到22.5kN。

參考文獻(xiàn)

[1] 孔德森，張偉偉等.綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究[J].煤，2008（1）

[2] 姜福興.礦山壓力與巖層控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.