摘 要：通過神東煤炭集團哈拉溝煤礦22410-1綜采面回采試驗與觀測研究，探討淺埋煤層超長大采高工作面的踹礦壓來壓規(guī)律。將工作面在初采時礦壓數(shù)據(jù)有選擇性的記錄下來，利用Excel軟件將觀測到的礦山壓力數(shù)據(jù)制成曲面圖表，將不同范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采用不同的顏色區(qū)分開，通過顏色的變化確定頂板的初次來壓步距。從而弄清頂板初次來壓規(guī)律，為淺埋煤層超長大采高工作面頂板控制提供較為可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：淺埋煤層 超長大采高工作面 初采礦壓規(guī)律

來壓步距

引 言

淺埋深煤層大多分布于我國西部地區(qū)，其典型賦存特點是埋藏淺、基巖薄、覆蓋松散層厚[1]。我國西部淺埋深煤層近些年的開采實踐表明，淺埋深煤層在開采過程中，工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，頂板巖層極易出現(xiàn)整體切落形式垮落，上覆松散層緊附基巖沿煤壁切落又會對工作面形成瞬間沖擊載荷，嚴重影響工作面安全生產(chǎn)。

了解長壁綜采工作面頂板活動規(guī)律對于井下生產(chǎn)安全、采場科學合理支護設(shè)計和管理具有重要的指導意義。淺埋煤層一般定義為埋深不超過150m，基載比小于1，頂板具有單一主關(guān)鍵層，來壓具有明顯動載現(xiàn)象。

哈拉溝煤礦是神東礦區(qū)隸屬于神東煤炭公司的一座特大型現(xiàn)代化礦井，也是全國首座百人千萬噸新模式礦井，實行一礦一井一面的高度集約化生產(chǎn)[4]。

1.1 初采期間的地質(zhì)概況

工作面位于22煤四盤區(qū)，綜采面長度300m，推進長度2587.9m，設(shè)計采高5.0m，初采期間范圍內(nèi)，上覆基巖厚55～65m，松散層厚45～50m。煤厚5.3-5.7m，平均煤厚5.5m。煤層底板標高1133～1144m，工作面整體負坡回采，工作面上覆無富水區(qū)。 工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，屬穩(wěn)定型煤層，煤層傾向南西（軸向NE～SW），煤層傾角1～3°。

本面直接頂為中粒砂巖，厚度1.9m，灰白-灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理，含大量暗色礦物及植物葉莖化石。層理發(fā)育，下部致密，f=4。老頂為細粒砂巖，厚度9.47m，灰白-灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，含大量暗色礦物及植物葉莖化石，底部夾薄層砂質(zhì)泥巖呈細脈狀，f=3。直接底為頁巖，厚度3.5m，深灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，水平層理發(fā)育，遇水易軟化，f=3。

工作面回采范圍內(nèi)煤層老頂為細砂巖、粉砂巖，厚度7.68～9.35m，為中硬砂巖，屬中等垮落頂板；直接頂為細砂巖、粉砂巖，厚度2.09～2.11m，屬易冒落頂板。

工作面主要受孔隙水、上覆基巖裂隙水、鉆孔水的影響。第四系松散含水層主要以風積沙為主，工作面為弱～強富水區(qū)，H39水文觀測孔含水層厚度20.07m，富水性強。

1.2 初采期間的礦壓規(guī)律

1.2.1 水壓預裂初次放頂工藝

根據(jù)神東礦區(qū)淺埋深、厚風沙、薄基巖頂板巖層特征，老頂巖層在開采過程中可視為具有單一關(guān)鍵層的薄板結(jié)構(gòu)。開采初期，采空區(qū)頂板長距離大面積空頂不易垮落，當工作面推進到極限時就會突然全部冒落造成的颶風（高壓壓縮空氣流動）給綜采面附近的通風系統(tǒng)內(nèi)的風門、密閉等通風設(shè)施造成很大的破壞，也會對工作面人員帶來傷害。為此需在采空區(qū)頂板上實施深孔預裂爆破，將直接頂和老頂巖層炸裂，通過改變頂板圍巖的結(jié)構(gòu)，人為干預老頂初次來壓垮落步距和來壓強度。

綜采面在回采前在切眼施工了水壓預裂孔。

1、采用橫向切槽的特殊鉆頭，預制橫向切槽，哈拉溝煤礦頂板巖層不屬于堅硬巖石，無需實施開槽作業(yè)。

2、利用手動泵為封隔器加壓使膠筒膨脹，達到封孔目的。

3、連接高壓泵實施壓裂。

1.2.2 初次來壓規(guī)律

1、直接頂初次垮落過程

2、直接頂垮落特征分析

工作面切眼采用水預裂初次放頂，推進10m左右直接頂開始由中部向兩順槽方向逐漸垮落，垮落時間較快，出現(xiàn)輕微颶風，產(chǎn)生的颶風程度不能將人員吹倒，推進16m左右除兩順槽三角區(qū)域未垮落外，工作面中部直接頂能夠全部垮實，工作面20-100架支架立柱壓力逐漸開始普遍增大，出現(xiàn)壓力顯現(xiàn)，持續(xù)3.4m（4刀煤），工作面其他段無明顯礦壓顯現(xiàn)，直接頂垮落過程中工作面煤壁無片幫，支架立柱無下沉，安全閥未開啟，頂板無淋水，但出現(xiàn)輕微漏矸現(xiàn)象，漏矸高度達200-400mm左右。大約向前推進至28m左右兩順槽三角區(qū)也全部垮實，直接頂垮落完全。

結(jié)論：

直接頂在推采至10m開始由中部向兩順槽開始垮落，推進至16m左右除兩順槽三角區(qū)域未垮落外，工作面中部直接頂能夠全部垮實，推進至28m左右兩順槽三角區(qū)也全部垮實，直接頂垮落完全。直接頂垮落過程中工作面支架壓力最大45.7Mpa，平均壓力35.6Mpa，只在垮落1-2刀煤左右有礦壓顯現(xiàn)，來壓強度并不強烈，垮落時間較快，出現(xiàn)輕微颶風，對生產(chǎn)無較大影響。

3、老頂初次垮落過程

1月17日0點班工作面累計推進至41m處（機尾48m），老頂來壓初次來壓，持續(xù)5m，同時地表出現(xiàn)塌陷裂縫，裂縫寬度為300-600mm左右。地表塌陷情況見下圖3-1。

4、老頂初次來壓特征分析

工作面老頂初次來壓期間，工作面支架壓力大部分位于35～45Mpa之間，壓力在45Mpa以上的支架相對較少，壓力最大為46.2Mpa，老頂初次來壓期間支架阻力變化如圖3-2所示。

老頂垮落時有颶風產(chǎn)生，風勢還不能將立在煤壁的鐵鍬吹倒，支架安全閥基本無開啟（支架立柱安全閥開啟壓力為47.3MPa），工作面煤壁較硬，無明顯片幫現(xiàn)象，頂板未出現(xiàn)淋水，有嚴重漏矸現(xiàn)象出現(xiàn)，漏矸高度達300-500mm左右。

老頂來壓初次來壓后地表出現(xiàn)塌陷裂縫，裂縫寬度為300-600mm左右。工作面老頂來壓期間支架循環(huán)末阻力見圖3-3。

結(jié)論：

本次老頂初次來壓步距為44.5m（不含切眼寬度8.7m），來壓期間支架壓力最大為46.2Mpa，平均壓力37.8Mpa，非來壓期間平均壓力為32.5Mpa，動載系數(shù)1.16。

老頂初次垮落期間礦壓顯現(xiàn)明顯，來壓強度不大，工作面煤壁無片幫，頂板未出現(xiàn)淋水，無較大颶風現(xiàn)象，頂板出現(xiàn)嚴重漏矸現(xiàn)象，漏矸高度最大達500mm左右。

工作面支架配置液壓支架工作阻力為12000KN，工作阻力較大，支架安全閥基本無開啟（支架立柱安全閥開啟壓力為47.3MPa），無較大颶風現(xiàn)象。

1.3 初次來壓規(guī)律及頂板控制技術(shù)

1、長300m左右的工作面采用切眼水預裂工程控制直接頂初次垮落，直接頂會由工作面中部某處向兩順槽方向分段垮落，直接頂垮落時工作面會出現(xiàn)輕度颶風，無較大壓力顯現(xiàn)，壓力顯現(xiàn)集中在工作面中部，回采過程中要加強人員安全管理，防止颶風將人吹倒造成人員傷害。

2、長300m左右的工作面直接頂在推進10m左右開始垮落，工作面中部垮落需要推進16m左右，工作面兩順槽三角區(qū)完全垮落需推進28m左右。

3、與同等地質(zhì)條件其它工作面相比，水預裂控制頂板垮落比常規(guī)裝藥放炮強放工藝老頂初次垮落步距縮短（長300m面老頂初次垮落步距為60m左右，本工作面為42m，均包含切眼寬度），工作面在初采時要結(jié)合本次來壓步距和工作面地質(zhì)條件分析老頂初次來壓步距及來壓強烈程度，有效指導工作面的初采工作。

4、根據(jù)工作面老頂來壓強度分析，工作面在正常推進期間，無異常情況出現(xiàn)的情況下礦壓顯現(xiàn)不會很強烈，本工作面頂板在來壓過程中頂板破碎，要加強頂板管控，支架工移架后必須保證初撐力不低于252bar且接頂嚴密。

5、機頭段頂板完好的情況下必須將煤機停在距機頭15m處，并將滾筒降至底板，兩滾筒放平，并將煤機機身段刮板機適當拉回，使煤機機身及刮板機均有一定的活動自由度，以避免老頂?shù)拇竺娣e垮落對煤機造成沖擊損壞。

6、工作面來壓后，立即匯報調(diào)度室，由調(diào)度室安排相關(guān)部門檢查周圍巷道情況、通風設(shè)施、周圍系統(tǒng)內(nèi)人員安全情況。

7、通過收回支架側(cè)護板對采空區(qū)進行觀察，如果架后大面積懸頂時（面積達到300㎡）或冒落矸石填充高度小于2m，面積達到400㎡需采取架間二次放頂后方可繼續(xù)生產(chǎn)，運順與回順端頭三角區(qū)出現(xiàn)懸頂面積達到1000㎡時，必須實施端頭二次放頂方可繼續(xù)生產(chǎn)。

參考文獻：

[1] 付玉平，宋選民，邢平偉等.淺埋煤層大采高超長工作面垮落帶高度的研究[J].采礦與安全工程學報，2010，27（2）：190-194.

[2] 李建華.淺埋煤層超長工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].陜西煤炭，2009，（2）：33-35.

[3] 錢鳴高，石平五等.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2003.11.

[4] 岑傳紅.采場頂板控制及監(jiān)測技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1998.

作者簡介：陳俊民（1985-），男，陜西神木人，2009年畢業(yè)于中國礦業(yè)工大學，助理工程師，現(xiàn)在在神東煤炭集團哈拉溝煤礦綜采二隊工作。