郝效斌

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030200）

礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律的研究是井下安全開采的重要研究方向之一，而工作面礦壓觀測是確保工作面支護(hù)及頂板管理、巷道支護(hù)安全高效的重要手段之一。因此，做好工作面的實(shí)際礦山壓力監(jiān)測，分析工作面實(shí)際礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律，對預(yù)防來壓具有重要意義。

本文以西山煤電馬蘭礦18303厚煤層工作面為研究背景，通過工作面礦壓觀測的方法，研究該工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為馬蘭礦18303工作面頂板合理有效支護(hù)提供對策。

1 工程概況

西山煤電馬蘭煤礦位于山西省古交市轄區(qū)內(nèi)，為國有重點(diǎn)煤礦之一，設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬t/a，現(xiàn)主采2號煤和8號煤。其中，8號煤層平均煤厚為6.8m，為全區(qū)可采的厚煤層。

18303回采工作面可采儲量為216.36萬t，上覆基巖的平均厚度分布在110～230m之間，其中較為松散的巖層，厚度在8～23m之間。該煤礦18303工作面煤層傾角為1～3°。采用傾斜長壁后退式采煤法開采該18303工作面，一次采全高，全部垮落法管理頂板。該工作面可采走向長為1955m，工作面長度為242m，工作面寬度為7.5m，工作面日推進(jìn)量為3.2m。本次進(jìn)行礦壓觀測研究時，18303工作面已回采60d，推進(jìn)了192m左右。

2 礦壓觀測方案

本次觀測的內(nèi)容主要是馬蘭礦18303工作面集中煤柱前后100m范圍內(nèi)，工作面液壓支架的支護(hù)阻力及礦壓顯現(xiàn)的現(xiàn)象等。本次主要是結(jié)合18303工作面回采順序，按照開采的時間先后進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測。

（1）礦壓觀測內(nèi)容

本次觀測主要分為兩個階段進(jìn)行：工作面正常回采階段和工作面進(jìn)煤柱階段。其中的觀測重點(diǎn)在于煤柱前100m和煤柱后100m，由于煤柱與工作面推進(jìn)持平，煤柱礦壓變化已知最為劇烈，故無需再進(jìn)行礦壓觀測。本次礦壓觀測主要對工作面支架全面觀測和深基點(diǎn)附近支架專項(xiàng)觀測，對不同階段的工作面液壓支架工作阻力、初撐力、末阻力、活柱下縮、來壓步距及強(qiáng)度、支架工作特性進(jìn)行統(tǒng)計分析。

（2）礦壓分析階段劃分

根據(jù)工作面距離上覆集中煤柱的距離及觀測數(shù)據(jù)完整情況，以上層煤遺留煤柱邊界線為基準(zhǔn)，把整個觀測過程分為2個階段。

階段一為過采空區(qū)階段，推進(jìn)長度為113m，這一階段中由于電液控數(shù)據(jù)不完整，主要以分析人工觀測數(shù)據(jù)為主，著重分析工作面在上覆煤層采空區(qū)情況下的礦壓特點(diǎn)；

階段二為進(jìn)煤柱階段，從距第一個煤柱邊界21m到進(jìn)第一個煤柱6.9m范圍內(nèi)，在該過程中的礦山壓力現(xiàn)象是該部分的分析重點(diǎn)。

3 工作面礦壓規(guī)律分析

3.1 工作面正?；夭呻A段

馬蘭礦18303工作面的正?；夭呻A段為2017年8月4日～2017年8月13日（工作面距煤柱134～57m），在這一階段中，每班安排一名研究人員跟班下井，超前采煤機(jī)20架左右記錄支架控制板上的立柱壓力讀數(shù)，并記錄工作面支架安全閥的開啟情況。

圖1 安全閥開啟分布統(tǒng)計圖

由于沒有較為精準(zhǔn)的來壓數(shù)據(jù)做指導(dǎo)，所以對觀測記錄中安全閥開啟的情況進(jìn)行統(tǒng)計。本次人工觀測過程中，判定指標(biāo)為安全閥是否開啟，并以此作為依據(jù)，來判斷來壓步距。

在人工跟班觀測期間，一共連續(xù)記錄了105刀共計91m的安全閥是否開啟以及立柱壓力情況，其分布范圍如圖1所示。

通過人工統(tǒng)計安全閥開啟的情形，可以發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，工作面的上方和下方的來壓步距并不一致。在統(tǒng)計過程中，發(fā)現(xiàn)工作面的上方一共出現(xiàn)了5次頂板來壓的現(xiàn)象，計算得知，這5次的來壓步距分別為10.4m、18.2m、14.7m和20.8m。但是，與工作面下方的來壓相對比可以發(fā)現(xiàn)，工作面下方一共出現(xiàn)了四次礦山壓力來壓現(xiàn)象，計算得知，這四次的來壓步距分別為14.7m、11.3m和16.4m。綜合分析發(fā)現(xiàn)，有兩次來壓時間上較為重合，周期來壓范圍較大。

3.2 工作面進(jìn)煤柱階段

馬蘭礦18303工作面進(jìn)煤柱階段為2017年8月14日～2017年8月15日，根據(jù)工作面支架實(shí)測的支架工作的實(shí)際阻力曲線圖，統(tǒng)計計算得到支架循環(huán)末的平均阻力，并分別對各個支架計算均方差。下表1所示為統(tǒng)計得出的42#、50#、63#、80#支架（這4個支架為工作面中間段支架，該段支架所受礦山壓力最大）的循環(huán)末阻力值和均方差，并計算得出來壓的判斷依據(jù)。

表1 支架周期來壓判據(jù)

根據(jù)表1計算出來得到的來壓判斷依據(jù)繪制在支架工作阻力上，如圖2所示。通過對支架立柱壓力曲線圖進(jìn)行分析，8月14日21點(diǎn)左右支架的工作阻力明顯增高，工作面發(fā)生了一次大的來壓現(xiàn)象，此時工作面距離第一個煤柱邊界9.7m。這次來壓一直持續(xù)到8月15日8點(diǎn)多早班結(jié)束，來壓期間工作面向前推進(jìn)了8.4m，此時工作面距離第一個煤柱邊界1.3m，之后工作面壓力維持在一個較小的數(shù)值。從綜采一隊的8月14日中班和8月15日夜班的生產(chǎn)記錄可知，在這一時間段內(nèi)，工作面確實(shí)發(fā)生了持續(xù)時間較長的來壓現(xiàn)象，整個工作面的安全閥開啟，來壓較為猛烈。在一個割煤循環(huán)內(nèi)，支架活柱下縮量最大可以達(dá)到1000mm。

根據(jù)曲線分析和生產(chǎn)情況反饋，可知，在工作面進(jìn)煤柱前，全工作面發(fā)生了大的周期來壓現(xiàn)象，進(jìn)入煤柱之后周期來壓消失，工作面壓力減少。

根據(jù)工作面來壓情況數(shù)據(jù)，選取42#、50#、63#和80#的液壓支架數(shù)據(jù)，對其所實(shí)際測得的循環(huán)末的阻力加以區(qū)別和分類，分別劃分成為來壓期間循環(huán)末阻力和非來壓期間的循環(huán)末阻力，并分別計算二者的平均值，然后計算得到各個支架在來壓期間的動載系數(shù)如表2所示。

圖2 支架工作阻力曲線圖

表2 工作面來壓動載系數(shù)統(tǒng)計表

綜合圖2中各支架的工作阻力曲線圖和表2中計算得到的各個支架在來壓期間的平均循環(huán)末阻力和非來壓期間的循環(huán)末的支架平均工作阻力，對比發(fā)現(xiàn)，在工作面進(jìn)煤柱開采階段，在周期來壓之前，各個支架的工作阻力都比較小，但是當(dāng)周期來壓時，支架的工作阻力會有顯著的變大，迅速上升達(dá)到安全閥開啟的閾值，導(dǎo)致安全閥開啟。比較各個支架的動載系數(shù)可以看出，動載系數(shù)分布在1.50～2.00之間，最大動載系數(shù)高達(dá)2.00，說明周期來壓劇烈。

在工作面進(jìn)煤柱這一階段，對工作面中的各個支架的循環(huán)末的支架工作阻力進(jìn)行統(tǒng)計，得到分布直方圖，如圖3所示。

圖3 工作面進(jìn)煤柱階段支架末阻力分布直方圖

通過上圖3中數(shù)據(jù)可以看出來，非來壓期間，各支架的循環(huán)末的工作阻力分布范圍在11000～12000kN之間，來壓期間，各支架的循環(huán)末工作阻力主要分布在17000～19000kN范圍之間，其中有11.7%的循環(huán)末阻力超過安全閥的開啟值。

4 結(jié)論

馬蘭礦18303工作面的礦壓觀測是在人工觀測和系統(tǒng)自動觀測相結(jié)合的方法的基礎(chǔ)上，通過對兩個階段的礦山壓力顯現(xiàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如下：

本次礦壓觀測按照回采順序劃分成兩個階段，分別是工作面正?；夭呻A段和工作面進(jìn)煤柱階段。工作面正?；夭呻A段，工作面上部和下部存在周期來壓不同步現(xiàn)象，工作面上部出現(xiàn)5次周期來壓，平均步距為16m，下部出現(xiàn)4次周期來壓，來壓步距平均為14.1m。上部和下部有兩次來壓時間重合，形成了全工作面來壓。工作面進(jìn)煤柱階段，工作面在進(jìn)煤柱前9.7m整個工作面來壓，來壓期間活柱急劇下縮，最大下縮量達(dá)到1000mm，來壓持續(xù)了8.4m。工作面來壓時的動載系數(shù)最高達(dá)到2.0，來壓劇烈。

本次研究有效地預(yù)判了工作面來壓規(guī)律，為馬蘭礦18303工作面頂板合理有效支護(hù)提供對策。