張進(jìn)波

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán) 鹿臺(tái)山煤業(yè)公司， 山西 晉城 048000)

我國(guó)已經(jīng)探明的煤炭?jī)?chǔ)量十分豐富，而在富含煤的煤層中有相當(dāng)一部分為厚和中厚煤層，將近占到所有煤層的一半，與此同時(shí)，豐富的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)也形成了一套針對(duì)性的開(kāi)采技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大產(chǎn)量、高效率的生產(chǎn)目的。綜采工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，一直是工程技術(shù)人員的重點(diǎn)研究課題之一，王占立等[1]采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)工作面突發(fā)沖擊性礦壓的預(yù)防措施進(jìn)行了研究，通過(guò)設(shè)置切頂巷和頂板深孔爆破的方法降低了沖擊危險(xiǎn)性，取得了顯著效果；于斌等[2]采用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)工作面超前支承壓力的顯現(xiàn)特征進(jìn)行了研究，提出并實(shí)施巷道頂板水壓致裂有效控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巷道圍巖高應(yīng)力的轉(zhuǎn)移。本文通過(guò)對(duì)山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺(tái)山煤業(yè)公司2202工作面礦壓規(guī)律的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與分析，總結(jié)了其顯現(xiàn)規(guī)律，對(duì)條件類似的中厚煤層綜采工作面具有一定的指導(dǎo)意義。

1 工作面概況

鹿臺(tái)山煤業(yè)公司2202工作面目前主采2號(hào)煤，煤層厚度為1.35～3.20 m，平均2.5 m，煤層傾角3～6°，平均4°，屬于近水平煤層。工作面地面標(biāo)高為+990-+1 120 m，工作面標(biāo)高為+696～+801.5 m，煤層埋深在300～320 m之間。煤層直接頂為黑色的砂質(zhì)泥巖，厚度4.25 m，基本頂為灰色的細(xì)砂巖，屬于致密堅(jiān)硬的巖層，厚度為1.76 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，較為破碎，厚度為3.54 m，基本底為灰色的細(xì)砂巖，以石英為主，致密堅(jiān)硬，內(nèi)部夾雜有黑色的泥巖，厚度為4.70 m。2202工作面東部為2201工作面，已回采完畢，西部為2203工作面，尚未回采。工作面布置如圖1所示。工作面采用ZY8600/24-50D支撐掩護(hù)式液壓支架，共布置95臺(tái)。

圖1 2202工作面布置

2 礦壓觀測(cè)方案

在工作面液壓支架的立柱上，每隔10架安裝一個(gè)壓力傳感器，分別安裝在10號(hào)、20號(hào)、30號(hào)、40號(hào)、50號(hào)、60號(hào)、70號(hào)、80號(hào)、90號(hào)液壓支架上，共安裝9臺(tái)，通過(guò)附屬光纜聯(lián)接設(shè)施將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至地面，用專業(yè)的支架數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)記錄軟件，實(shí)時(shí)記錄顯示分析工作面液壓支架前、后立柱上的載荷數(shù)值，并形成綜合分析報(bào)表。通常每?jī)商焓占淮喂ぷ髅鎵毫?shù)據(jù)，在工作面來(lái)壓時(shí)變?yōu)槊刻焓占淮螖?shù)據(jù)。

同時(shí)，技術(shù)人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)記錄工作面頂板來(lái)壓期間煤壁片幫程度、頂板漏矸、支架立柱下縮、安全閥開(kāi)啟等現(xiàn)象，與頂板壓力平面圖結(jié)合，共同分析總結(jié)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。通過(guò)觀測(cè)工作面液壓支架的工作阻力隨工作面推進(jìn)度的變化情況，判斷工作面初次來(lái)壓步距以及周期來(lái)壓步距的大小，并進(jìn)一步分析頂板的來(lái)壓強(qiáng)度。

3 礦壓觀測(cè)結(jié)果分析

3.1 工作面來(lái)壓分析

圖2 支架平均工作阻力分布

圖2為2202工作面推進(jìn)至90 m的過(guò)程中，支架平均工作阻力的分布情況。由于2號(hào)煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，巖層較為破碎，在綜采工作面推進(jìn)的過(guò)程中，極容易發(fā)生頂板破碎垮塌的現(xiàn)象，當(dāng)工作面推進(jìn)到10 m的時(shí)候，中部20～50號(hào)液壓支架的直接頂巖層首先出現(xiàn)垮落，此時(shí)液壓支架工作阻力在5 500～6 000 kN之間，未出現(xiàn)大幅度的變化；當(dāng)工作面推進(jìn)到12 m的時(shí)候，端頭的10號(hào)液壓支架直接頂出現(xiàn)垮落，其工作阻力顯示在5 500～6 000 kN之間；當(dāng)工作面推進(jìn)到18 m時(shí)，中部的30～50號(hào)液壓支架頂板發(fā)生初次來(lái)壓，工作阻力大于6 500 kN，而工作面端頭的液壓支架工作阻力處于5 500～6 000 kN之間。

隨著工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，當(dāng)工作面推進(jìn)至32 m位置時(shí)，工作面端頭至15號(hào)液壓支架依舊可以正常工作，20號(hào)、30號(hào)液壓支架和50號(hào)至工作面尾端的液壓支架，工作阻力均達(dá)到6 500 kN以上，并且60號(hào)液壓支架的安全閥出現(xiàn)頻繁開(kāi)啟的情況，支架前柱的收縮量增大，偶爾出現(xiàn)無(wú)法升起的情況，影響工作面的正常推進(jìn)，因此需要對(duì)工作面進(jìn)行挖底，方可保證采煤機(jī)正常割煤。當(dāng)工作面繼續(xù)向前推進(jìn)時(shí)，工作面端頭的前20架支架的工作阻力達(dá)到6 500 kN以上，20號(hào)至工作面尾端的支架的工作阻力為6 000～6 500 kN之間。當(dāng)采煤機(jī)繼續(xù)前移時(shí)，液壓支架的工作阻力恢復(fù)正常?？梢?jiàn)，該工作面在生產(chǎn)過(guò)程中，是中部率先出現(xiàn)來(lái)壓，隨后兩端發(fā)生來(lái)壓現(xiàn)象。

當(dāng)支架工作阻力發(fā)生增大時(shí)，即代表工作面發(fā)生來(lái)壓，根據(jù)工作面推進(jìn)過(guò)程中液壓支架的工作阻力變化情況，2202綜采工作面直接頂初次來(lái)壓步距為8～12 m，平均9.7 m，工作面基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距為18～24 m，平均21.5 m。隨后工作面在推進(jìn)至32 m、47 m、56 m、68 m、80 m處均出現(xiàn)液壓支架工作阻力超過(guò)6 500 kN的情況，因此可判定工作面在這些位置發(fā)生周期來(lái)壓，周期來(lái)壓步距為9～15 m，平均12.5 m。

圖3為工作面推進(jìn)60 m內(nèi)，機(jī)頭位置10號(hào)支架與中部位置50號(hào)支架的工作阻力變化情況。從圖中可以看出，綜采工作面支架阻力的變化曲線與工作面頂板周期來(lái)壓的分布，具有不均衡性和非同步性，具體表現(xiàn)出綜采工作面中部液壓支架阻力變化明顯，即中部周期來(lái)壓明顯，工作面兩端的液壓支架控頂范圍內(nèi)，頂板周期來(lái)壓不明顯，工作阻力的變化也不是很大。當(dāng)工作面推進(jìn)至10 m左右時(shí)，直接頂發(fā)生初次來(lái)壓，10號(hào)和50號(hào)液壓支架的工作阻力在5 500～6 000 kN。隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，當(dāng)達(dá)到20～25 m時(shí)，工作面基本頂發(fā)生初次來(lái)壓，液壓支架工作阻力在6 000～6 500 kN范圍內(nèi)，且10號(hào)液壓支架的來(lái)壓時(shí)間滯后于50號(hào)液壓支架大約2～3 m。工作面在33 m、46 m、58 m處均出現(xiàn)來(lái)壓現(xiàn)象，支架工作阻力在6 000～7 000 kN之間，工作面的周期來(lái)壓步距平均為12.5 m，而工作面正常推進(jìn)過(guò)程中，支架工作阻力均小于5 500 kN。

圖3 10號(hào)與50號(hào)支架工作阻力變化

3.2 巷道圍巖變形分析

2202綜采工作面推進(jìn)期間，在巷道入口以及巷道內(nèi)每隔50 m安設(shè)一臺(tái)頂板離層儀，兩巷道內(nèi)共安裝四臺(tái)頂板離層儀，并循環(huán)交替移動(dòng)，對(duì)工作面推進(jìn)70 m范圍內(nèi)的巷道表面位移進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果如圖4所示。

由于煤層強(qiáng)度大，地應(yīng)力小，且軌道巷的兩幫為實(shí)體煤，因此巷道兩幫和頂?shù)装遄冃瘟康牟町惒幻黠@，兩幫變形量最大值為90 mm，頂?shù)装遄冃瘟孔畲笾禐?5 mm。由于受到2202工作面采動(dòng)的影響，膠帶巷的變形量較大，頂?shù)装遄冃瘟孔畲笾禐?25 mm，兩幫變形量最大值為275 mm。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 鹿臺(tái)山煤業(yè)公司2202綜采工作面直接頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距為8～12 m，平均9.7 m，基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓步距為18～24 m，平均21.5 m，周期來(lái)壓步距為9～15 m，平均12.5 m，工作面兩端來(lái)壓滯后工作面中部來(lái)壓約2～3m。

圖4 巷道表面變形量

2) 軌道巷兩幫和頂?shù)装宓淖冃瘟枯^小，沒(méi)有不明顯的差距，而膠帶巷的變形量較大。