張衛(wèi)強

(山西新元煤炭有限責任公司 , 山西 壽陽 045400)

1 工程概況

目標礦井位于山西省，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為180萬t，主采的9203工作面屬于典型的大采高綜采工作面，工作面長度為350 m，傾角平均為4°，煤層平均厚度為7.5 m，采高7 m，頂板的管理方式為自然垮落法。工作面頂?shù)装宓南嚓P(guān)情況如圖1所示。

圖1 9203工作面頂?shù)装寤厩闆r

2 礦山壓力觀測方案設(shè)計

2.1 觀測工具

礦山壓力測定主要通過在9203工作面現(xiàn)階段使用的液壓支架上安裝壓力傳感器實現(xiàn)，壓力傳感器安裝完畢后，通過專用網(wǎng)線將測量數(shù)值傳送至中央控制中心，此時所顯示的數(shù)值即為液壓支架初撐力[2]。當目標工作面完成一個生產(chǎn)循環(huán)后，后續(xù)操作過程中得到的監(jiān)控數(shù)據(jù)為對應液壓支架最大工作阻力值。

2.2 測點布置

由于9203工作面為主采工作面，應當在開采初期確定其頂板初次來壓以及周期來壓數(shù)值，從而確保工作人員能夠充分掌握巷道頂?shù)装宓牡V壓顯現(xiàn)特征，進而為后續(xù)礦壓防治工作的開展提供指導。

在9203主采工作面內(nèi)共布置3條礦山壓力監(jiān)測線路，分別位于目標工作面的上部、中部及下部，壓力傳感器均勻布置。其中，上部的監(jiān)測線路中分別在20、21及22號的大采高綜采液壓支架上安裝壓力傳感器。中部的測點分別布置于49、50及51號液壓支架上。下部的測點分別布置于112、113及114號液壓支架上以監(jiān)測礦山壓力變化情況。與此同時，為更加高效且準確地觀測目標工作面上覆巖層的初次來壓及周期來壓情況，需要進一步明確監(jiān)測周期。結(jié)合目標礦井前期礦壓監(jiān)測結(jié)果，距離工作面端部約為10 m范圍的礦山壓力變化情況應當每天監(jiān)測1次；當工作面推進至10 m以外時，由于頂板逐漸暴露，對應的上覆巖層將會出現(xiàn)一定程度的初次來壓，因此，這一開采時間范圍內(nèi)的監(jiān)測頻率應當適當增加。隨著工作面的不斷推進，工作面上覆巖層將會出現(xiàn)不同程度的周期來壓與初次來壓，而這一時間范圍內(nèi)的監(jiān)測頻率一般應當每半小時1次，同時監(jiān)測時間應當延長至本次來壓結(jié)束、下次來壓之前，整個階段的礦山壓力連續(xù)監(jiān)測時間應當不少于兩天[3]。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 上覆巖層初次來壓規(guī)律分析

通過對目標礦井9203主采工作面布置的3條監(jiān)測線獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)進行綜合分析，結(jié)果表明：當目標工作面推進至距離端頭30 m距離時，監(jiān)測線路中監(jiān)測到的工作阻力大于30 MPa的液壓支架數(shù)量隨著推進距離的延長而呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。當工作面推進至距離端頭37 m位置處時，可以明顯聽到上覆巖層發(fā)出輕微斷裂聲，此時對應支架監(jiān)測的工作阻力值大于30 MPa的支架數(shù)量可達35臺。通過與目標礦井之前的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比可知，這一推進點處的壓力變化情況最為顯著，此時對應的上覆巖層壓力也呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，表明目標工作面上覆巖層基本頂出現(xiàn)了一定程度的斷裂，此時對應的目標工作面初次來壓相關(guān)現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)。

現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)表明，當目標工作面開切眼寬度為8 m時，對應9203主采工作面上覆巖層的初次來壓步距值可以達到37 m。在工作面的持續(xù)推進過程中，當推進距離達到50 m時，對應區(qū)域范圍內(nèi)工作阻力值小于30 MPa的液壓支架數(shù)量明顯減少，最終工作阻力穩(wěn)定的液壓支架數(shù)量基本維持在10臺左右。由此可知，當工作面推進至50 m的目標區(qū)域范圍時，初次來壓基本結(jié)束。結(jié)合礦井實際生產(chǎn)經(jīng)驗及相關(guān)監(jiān)測結(jié)果，9203主采工作面初次來壓的持續(xù)時間基本上可達18 h。通過對目標工作面范圍內(nèi)的液壓支架阻力變化進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，隨著工作面的不斷推進，支架工作阻力小于30 MPa的液壓支架數(shù)量隨著推進距離明顯增加，大于30 MPa工作阻力的液壓支架數(shù)量明顯減少，二者取平均值可以初步計算得到目標工作面上覆巖層初次來壓步距為40 m。

3.2 上覆巖層周期來壓規(guī)律分析

工作面上覆巖層初次來壓結(jié)束后，對于位于工作面上部、中部及下部的礦山壓力觀測結(jié)果進行持續(xù)監(jiān)測及分析。通過對連續(xù)時間范圍內(nèi)的4次周期來壓情況進行分析后發(fā)現(xiàn)，液壓支架的阻力值表現(xiàn)出不同程度的變化， 安裝了壓力傳感器的9臺液壓支架的壓力值變化相對較為顯著，基本能夠反映目標工作面的礦山壓力變化規(guī)律。對9臺液壓支架工作阻力變化值分別取平均值，其對應的來壓步距值如圖2所示。

圖2 各液壓支架對應平均來壓步距

由圖2可知，9203工作面上覆巖層的周期來壓具的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 3條監(jiān)測線路的周期來壓步距監(jiān)測結(jié)果表明，位于中部監(jiān)測線路的周期來壓步距值相對較高，整體分布較均勻且整體變化穩(wěn)定，基本維持在24 m左右。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因為，大采高綜采工作面巷道中部周期來壓主要受其開采過程中前方支承壓力的影響，不會受周邊圍巖穩(wěn)定性的影響。因此，巷道中部的周期來壓變化較為穩(wěn)定，同時監(jiān)測到的數(shù)值相對較高。

2) 位于工作面上部、下部的兩條監(jiān)測線的監(jiān)測結(jié)果顯示，上述兩個區(qū)域范圍內(nèi)的工作面上覆巖層的周期來壓步距值均小于中部監(jiān)測到的周期來壓步距值。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因為，位于巷道頂部以及底部的綜采工作面常位于與軌道巷及運輸巷交接的位置，這一范圍接近安全出口且受到前方支承壓力影響較弱[4]。同時，工作面頂端以及底部的周期來壓變化相對較小。由圖2中的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，第二次周期來壓時的工作面上部測量以及下步測量得到的周期來壓步距值分別為14.26 m和8.69 m，而中部監(jiān)測到的周期來壓步距值可達25 m。

3) 通過對圖2中顯示的4次來壓過程中的周期來壓步距變化規(guī)律進行分析可知，目標工作面上覆巖層的周期來壓步距值為25 m。

4 結(jié) 語

通過對山西某煤礦9203大采高綜采工作面進行礦壓監(jiān)測分析可知，目標工作面所處區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，9203大采高綜采工作面上覆巖層的初次來壓步距值為40 m，對應的周期來壓步距值為25 m。其次，在進行周期來壓步距的計算過程中，由于位于巷道頂部和底部的區(qū)域經(jīng)常與運輸巷相連接，因此很容易導致這兩個區(qū)域范圍內(nèi)所監(jiān)測到的周期來壓步距值均小于中部監(jiān)測到的步距值。