侯拴貴

（山西西山煤電股份有限公司 西曲礦，山西 太原 030200）

近距離煤層上部煤層開采后，底板圍巖應力狀態(tài)發(fā)生改變，在底板圍巖重新平衡的過程中造成底板圍巖出現(xiàn)擠壓、拉伸破壞，形成大量的裂隙發(fā)育區(qū)，致使底板圍巖強度、完整性大幅度下降［1-4］。當上部煤層開采完畢后，下部煤層在開采過程中，因頂板圍巖遭到上部煤層開采引起的破壞，工作面礦壓顯現(xiàn)較普通工作面而言勢必會出現(xiàn)新的特點［5-6］。西曲礦北二采區(qū)8#和9#煤層間距平均為7.4 m，屬于近距離煤層，為全面掌握采空區(qū)下近距離煤層工作面礦壓顯現(xiàn)特點，現(xiàn)決定以29205工作面為研究對象進行采空區(qū)下近距離綜采面礦壓規(guī)律研究。

1 工作面概況

29205工作面上部為太原組8#煤層采空區(qū)，工作面所采煤層為太原組9#煤層，平均埋深為220 m，傾角平均為3.5°，煤層均厚2.2 m，中間有一層均厚0.1 m左右的夾矸。29205工作面范圍內，9#煤層與上部8#煤層平均間距為7.4 m，兩層煤間從上至下分別為均厚4.3m的細粒砂巖和3.1m的砂質泥巖，資料顯示，8#煤層采空區(qū)形成近10年。29205工作面共布置兩條巷道，分別用于運煤、進風和運料、回風，均沿頂板掘進，兩巷支護方式為錨網索鋼帶支護，局部為架棚支護。工作面設計可采走向長度為960m，傾斜長度為140m，采場布置94臺ZY3600-12/28型支架，該支架額定工作阻力和初撐力為3600kN和3092 kN。

19101工作面所采煤層為太原組9#煤層，煤層均厚2.15m，平均傾角為3.5°，與上部8#煤層間距平均8.1 m，頂板為砂質泥巖和細粒砂巖，設計走向長度和傾斜長度分別為460m和126 m，該工作面采用上行綜合機械化一次采全高開采，采場布置ZY3600-12/28型支架84臺。

2 礦壓觀測方案設計

為了掌握29205工作面采場礦壓顯現(xiàn)特點，沿工作面布置五條測線，測線對應的支架分別為10#、47#、49#、51#和84#支架， 在所測支架上安裝圓圖儀和耐震雙針壓力表用以測量支架工作阻力和初撐力；為了保證支架的供液壓力符合要求，在末架的總進液管路安裝壓力表用以監(jiān)測液壓系統(tǒng)工作壓力。為了掌握回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，在29205工作面回風巷超前120m和130m處煤體內埋設應力計和布置十字交叉測點用以觀測巷道壓力變化和收斂變形。

3 礦壓觀測數(shù)據(jù)分析

3.1 采場礦壓顯現(xiàn)分析

由觀測可知，在29205工作面從開切眼推進前，支架工作阻力變化不大，平均為2654 kN；隨著工作面推進，支架平均工作阻力逐漸增大直至穩(wěn)定，當工作面進一步推進，支架平均工作阻力又有逐漸升高趨勢，當推至距離開切眼18 m時，后方直接頂基本垮落完畢，當距離開切眼36 m時，基本頂基本垮落完畢，說明初次來壓步距為36 m，來壓期間支架平均工作阻力為3326 kN，非來壓期間工作阻力平均為2894 kN。隨著工作面的持續(xù)推進，所測支架工作阻力出現(xiàn)周期性變化，架后頂板也出現(xiàn)相應的周期垮落，根據(jù)觀測結果可知，在初次來壓后，前五次頂板周期性垮落分別出現(xiàn)在距離開切眼48m、58m、69m、81m、90m，說明29025工作面周期來壓步距為9～12m，平均為11 m，周期壓力期間所測支架平均工作阻力位3255 kN，非周期來壓期間支架工作阻力平均為2912 kN。現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，在工作面來壓期間，工作面煤墻片幫和端頭頂板冒漏有明顯加劇現(xiàn)象，尤其是工作面中部易出現(xiàn)連續(xù)性大范圍片幫，對片幫和端頭頂板冒漏進行統(tǒng)計分析，非來壓期間，煤壁片幫率和端頭頂板冒漏率分別為17%和11%，來壓期間，煤壁片幫率和端頭頂板冒漏率分別42%和19%，說明頂板變化對煤壁和端頭頂板穩(wěn)定性影響較大。29205工作面來壓特征參數(shù)與非采空區(qū)下9#煤層工作面來壓特征參數(shù)對比見表1所示。由表1可知，29205工作面來壓步距、來壓期間支架工作阻力、來壓持續(xù)時間均低于非采空區(qū)下9#煤層工作面，說明采空區(qū)下近距離工作面來壓并不明顯，分析認為主要是上部8#煤層的開采破壞了9#煤層頂板完整性和強度，釋放了原巖應力，造成9#煤層頂板來壓減弱。

表1 采空區(qū)下和非采空區(qū)下9#煤層綜采面頂板來壓期間特征參數(shù)

支架工作阻力分布見圖1，由圖1可知，支架載荷主要分布在1800～3000 kN范圍內，約占統(tǒng)計數(shù)的60.5%，其次分布在1200～1800kN和600～1200 kN范圍內，分別占統(tǒng)計數(shù)的18.4%和10.8%，超出額定工作阻力3600 kN的僅占統(tǒng)計數(shù)0.1%，同時，結合表1，分析認為29205工作面回采期間，支架工作阻力不大，頂板壓力不明顯，支架適應性較好，但是，鑒于29205工作面屬采空區(qū)下近距離煤層開采，頂板條件較差，所測支架初撐力卻普遍較低，故不利于頂板支護，故應在回采期間有意識的采取措施提高支架初撐力。

3.2 順槽礦壓顯現(xiàn)分析

圖1 29205采場支架工作阻力分布直方圖

對煤體內應力計所測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可得工作面前方頂板支承壓力變化曲線，見圖2。由圖2可知，29205工作面頂板支承壓力影響范圍為煤壁前方約45m，峰值位置位于煤壁前方14～17 m，所測壓力峰值為19.4MPa；而非采空區(qū)下9#煤層頂板支承壓力影響范圍為煤壁前方60 m，壓力峰值位置位于煤壁前方10～15m，壓力峰值可達31 MPa，由此說明采空區(qū)下近距離煤層綜采工作面超前支承壓力和影響范圍較小。

根據(jù)超前段巷道十字交叉測點測量時數(shù)據(jù)可知，29025工作面兩幫收縮量累計為435 mm，頂板下沉量為128mm，相比于非采空區(qū)下9#煤層19101工作面而言，巷道兩幫收斂量平均減小124 mm，頂板下沉量減少24 mm。

圖2 29205工作面超前支承壓力分布曲線

4 結語

通過現(xiàn)場觀測掌握了西曲礦采空區(qū)下近距離煤層29205工作面礦壓顯現(xiàn)特點：

1）29205工作面初次來壓和平均周期來壓距離為36m和11 m，周期來壓期間和非來壓期間支架工作阻力平均為3326kN和3255 kN；超前支承壓力影響范圍為45m，支承壓力峰值為19.4 MPa；巷道兩幫和頂板變形量分別為435mm和128 mm，相比于非采空區(qū)下9#煤層19101工作面分別減少124 mm和24mm。相比于非采空區(qū)下近距離9#煤層而言，29205工作面來壓距離、來壓強度、支承壓力影響范圍和強度相對較小，說明對于已經穩(wěn)定的采空區(qū)下近距離工作面來壓相對較弱。

2）鑒于工作面支架初撐力普遍較低，考慮到8#煤層開采破壞了29205工作面頂板完整性和強度，應有意識提高支架初撐力，以確保對頂板及時有效支護。