翟 龍

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

我國是典型的“缺油多煤”國家，2019年我國煤炭產(chǎn)量和消費量分別為38.46 億噸、41.32 億噸，煤炭在未來50年內(nèi)依然是最可靠的化石能源。回采工作面推進速度對煤炭產(chǎn)量、生產(chǎn)成本、效率等有著直接影響，因此適當(dāng)提高推進速度是提升煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益最有效的途徑之一?；夭晒ぷ髅娴牡V山壓力與推進速度相互影響并制約著推進速度，為確?；夭晒ぷ鞯陌踩咝?，必須分析礦山壓力對回采工作面推進速度的影響因素及影響程度。

1 工作面概況

同忻煤礦1611（3）工作面煤層厚度1.5～4.6 m，平均厚度2.2 m，傾角8°～12°，平均傾角10°，該煤層中間有一層厚0.3 m 夾矸，以泥巖為主，煤層頂?shù)装逯鶢顖D見圖1。該工作面寬度約180 m，巷道布置見圖2，其中軌道和運輸大巷尺寸均為：寬×高=4.8 m×3.5 m；支護方式均為“錨梁網(wǎng)+錨索+U型棚”，工作面液壓支架參數(shù)見表1。通過測定：1611（3）工作面瓦斯含量約為2.8 m3/t，無煤與瓦斯突出危險。

表1 工作面液壓支架技術(shù)參數(shù)

圖1 煤層頂?shù)装逯鶢顖D（部分）

圖2 工作面巷道基本布置

2 不同推進速度下工作面瓦斯含量及礦壓觀測分析

該工作面煤質(zhì)為主焦煤，市場需求量大、價位高。為保證工作面生產(chǎn)效率，該礦通過現(xiàn)場試驗來確定該工作面的最快推進速度。在此首先測定不同推進速度下工作面瓦斯含量，然后分別選取40#（上部）支架、75#（中部）支架、100#（下部）支架作為支架工作阻力數(shù)據(jù)采集點，布置見圖3。

通過結(jié)合其他工作面經(jīng)驗，在此確定1611（3）工作面不同推進速度方案有四種：4.3 m/d、7.2 m/d、10.8 m/d、13.2 m/d，以每個速度分別保持推進10天來分析工作面各參數(shù)情況。

圖3 支架工作阻力數(shù)據(jù)采集點分布

2.1 不同推進速度下工作面瓦斯含量測定

回采作業(yè)時，工作面的瓦斯含量對安全生產(chǎn)有著直接影響?；夭晒ぷ髅婕盎仫L(fēng)巷風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛纫笤?%以下，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^1.0%，必須立即停止作業(yè)并撤出人員。因此，在確定最適宜推進速度時必須首先滿足瓦斯?jié)舛炔怀蕖，F(xiàn)場實測1611（3）工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛惹€見圖4。

由圖4 可知：①隨著推進速度增加，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瓤傮w上處于增大趨勢，不過均遠小于警戒線；②不同推進速度下，工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛认嗖畈⒉淮?，究其原因：雖然推進速度增加會加大煤層瓦斯釋放量，但是很多處于采空區(qū)、圍巖中的瓦斯來不及釋放就被再次壓實緊密，所以并不會造成較大危害。因此1611（3）工作面在設(shè)計的推進速度下風(fēng)流中瓦斯?jié)舛染幱诎踩抵?，其?.3 m/d 時濃度最小，濃度范圍在0.3%～0.4%。

圖4 不同推進速度下工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛惹€

2.2 工作面老頂來壓顯現(xiàn)分級

老頂垮落是造成工作面來壓的主要原因，而根據(jù)頂板性質(zhì)、煤層厚度不同，老頂來壓顯現(xiàn)度也會有很大差別。一般老頂來壓分級指標(biāo)是以老頂初次來壓當(dāng)量Pe 為參考標(biāo)準(zhǔn)，計算公式見式（1）[1]，經(jīng)計算1611（3）工作面Pe=890.66，對照下表2 的老頂來壓顯現(xiàn)分級表屬于不明顯級別，這對工作面液壓支架和巷道支護是有利的。

式中：Pe 為老頂初次來壓當(dāng)量，kPa；Lf為老頂初次來壓步距，在此取值30 m；N 為直接頂充填系數(shù)，取值1.5；h 為煤層采高，m，在此取值2.2。

表2 老頂來壓顯現(xiàn)分級指標(biāo)

2.3 不同推進速度下來壓步距分析

1611（3）工作面不同推進速度方案下的頂板來壓數(shù)據(jù)，見表3 和圖5。由相關(guān)數(shù)據(jù)可知：①隨著推進速度增加，周期來壓步距、來壓持續(xù)長度、來壓載荷均呈現(xiàn)逐步增大情況；②雖然工作面推進速度不同，但礦壓動載系數(shù)基本維持在1.65 左右，影響較小[2]。因此得出工作面快速推進時，會增加支架的受載時間，不利于支架的使用和維護，反而會增加頂板斷裂回轉(zhuǎn)力的影響程度，單從這方面分析，工作面推進速度越小越有利。

表3 不同推進速度下周期來壓特征

圖5 推進速度和周期來壓步距關(guān)系曲線

2.4 煤壁片幫和冒頂事故分析

現(xiàn)在煤壁片幫和冒頂雖然不會造成嚴(yán)重傷亡事故，但是會損壞采煤機、刮板輸送機等機械設(shè)備，導(dǎo)致無法正常割煤作業(yè)，而頂板活動是產(chǎn)生該類事故的直接原因[3]。在此以工作面不同的推進速度為基礎(chǔ)，統(tǒng)計煤壁片幫和冒頂?shù)拇螖?shù)、深度、范圍，具體數(shù)據(jù)見表4。

由表4 可知：①隨著推進速度增加，煤壁片幫次數(shù)和頻率均處于逐漸減少趨勢。從現(xiàn)場經(jīng)驗來看，速度越快，片幫深度越小，在以4.2 m/d 慢速推進時，發(fā)生了一次厚度達1 200 mm 的片幫事故，煤壁穩(wěn)定性很差；②在同一推進速度時，隨著片幫深度越大，發(fā)生概率越小；③現(xiàn)場工作面推進時，片幫多發(fā)生在中上部支架位置，分析是受夾矸影響。

表4 工作面煤壁片幫統(tǒng)計

在此分析上述規(guī)律原因如下：當(dāng)工作面推進速度越慢時，煤層受頂板擠壓時間越長，塑性范圍區(qū)越大，因此造成煤壁穩(wěn)定性變差，但如果工作面推進速度較快，煤層裂隙發(fā)育程度低，不利于內(nèi)部瓦斯的釋放。綜合考慮，工作面在保證安全的情況下盡量提高推進速度是有利的[4]。

3 不同推進速度下超前支承壓力及瓦斯含量觀測分析

超前支承壓力是指在工作面之前的一段距離內(nèi)，煤體內(nèi)存在著壓力顯著增大趨勢，該類型壓力在一定程度上可提前壓松散煤層，可以使采煤機更容易割煤作業(yè)，而且有利于煤體內(nèi)瓦斯的提前釋放；但同時也是造成工作面片幫、巷道變形的重要原因。因此，超前支撐壓力保持在一個較小值即可[5]。

3.1 觀測方法和觀測點布置

本項目對超前支承壓力的觀測點布置見圖6，共布置了四個測站，測站間距設(shè)計為100 m，且第一個測站距離外切眼100 m。觀測方法采用KSE-Ⅱ型鉆孔應(yīng)力計及配套的數(shù)據(jù)記錄儀，觀測孔共8個，深度設(shè)計為5.0 m，高度設(shè)計在軌道和運輸大巷底板之上1.5 m 位置處[6]。

圖6 超前支承壓力觀測站布置

3.2 超前支承壓力觀測數(shù)據(jù)分析

該工作面超前支承壓力觀測數(shù)據(jù)見表5。由表5 可知：隨著工作面推進速度增加，支承壓力峰值、應(yīng)力集中系數(shù)在逐漸增大，而壓力峰值距煤壁距離、支承壓力影響范到13.2 m/d 時，壓力峰值距煤壁距離僅10 m，且壓力達到了31.5 MPa，容易發(fā)生煤壁片幫、沖擊地壓等事故，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全，因此僅從這一點就要排除該推進速度。單從這方面考慮，工作面推進速度越小越有利[7]。

表5 1611（3）工作面超前支承壓力數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

如果從煤礦經(jīng)濟效益為出發(fā)點，在保證回采工作面及回風(fēng)巷瓦斯含量安全的前提下，工作面推進速度越快越好。但通過綜合對比分析1611（3）工作面不同推進速度時來壓步距、煤壁片幫和冒頂事故、超前支承壓力等不同因素，發(fā)現(xiàn)回采工作面推進速度超過13.2 m/d 時會引發(fā)周期來壓步距大、來壓持續(xù)長度長、壓力峰值高等安全隱患，因此，必須將回采工作面推進速度控制在該值以下；而當(dāng)回采工作面推進速度在4.3 m/d 時，煤壁片幫事故會增加，會影響正常生產(chǎn)。最終，技術(shù)人員決定將回采工作面推進速度控制在10.8 m/d，遇到地質(zhì)條件較差時則減為7.2 m/d。工作面最佳推進速度需要根據(jù)實際情況進行靈活調(diào)整，以保證安全生產(chǎn)為前提條件。