徐長(zhǎng)久

(山煤國(guó)際能源集團(tuán)股份有限公司 煤業(yè)分公司，山西 太原 030006)

綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采方法促進(jìn)了特厚煤層堅(jiān)硬頂板工作面的快速高效生產(chǎn)，但同時(shí)也造成特厚煤層綜放工作面的強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)情況，將會(huì)產(chǎn)生采空區(qū)懸頂面積大、難以垮落等情況，一旦大面積的采空區(qū)懸頂垮落又會(huì)造成工作面大面積來(lái)壓，可能導(dǎo)致液壓支架壓死、工作面颶風(fēng)等礦壓危害，造成難以挽回的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，必須加強(qiáng)對(duì)特厚煤層堅(jiān)硬頂板綜放工作面礦壓監(jiān)測(cè)，掌握工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為該類(lèi)礦井實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 工作面概況

韓家洼礦是山煤國(guó)際股份公司控股的煤礦公司，位于山西省大同市左云縣縣城西南36 km處的小京莊鄉(xiāng)一帶，井田面積4.505 6 km2，產(chǎn)能90萬(wàn)t/a，保有儲(chǔ)量8 761萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量4 555萬(wàn)t，服務(wù)年限34 a。礦井采用斜井開(kāi)拓方式，共布置有4個(gè)井筒?？刹擅簩?層，分別為山4-2號(hào)、19號(hào)、22號(hào)、25號(hào)，平均煤厚分別為1.37 m、2.02 m、11.78 m、3.07 m。目前正在開(kāi)采22號(hào)煤層，屬低瓦斯礦井，水文地質(zhì)屬中等類(lèi)型。

22203綜放工作面開(kāi)采22號(hào)層煤，煤厚10.3～12.7 m，平均11.5 m，傾角范圍2～8°，平均埋藏深度200 m。工作面掘進(jìn)期間揭露15條正斷層，其中3 m以上的7條，3 m以下的8條。22號(hào)煤層之上為1層平均厚度1.10 m的泥巖偽頂，直接頂為平均厚度3.00 m的砂質(zhì)泥巖，老頂為平均厚度30 m的細(xì)砂巖。根據(jù)22號(hào)煤層其他工作面以往開(kāi)采情況，頂板的整體性和穩(wěn)定性好，細(xì)砂巖的抗拉強(qiáng)度為5.20 MPa，剪切模量為19.09 GPa，屬于堅(jiān)硬頂板。

22203綜放工作面為兩巷布置方式，其中運(yùn)輸巷兼具進(jìn)風(fēng)功能，回風(fēng)巷兼具軌道運(yùn)料功能。采用單一走向長(zhǎng)壁后退式低位放頂煤開(kāi)采的采煤方法，推進(jìn)方向?yàn)橛杀毕蚰涎孛簩拥装?，全部垮落法管理頂板。割煤高?.0 m，放頂煤高度8.5 m，采放比1∶2.83。采走向長(zhǎng)742 m，傾斜長(zhǎng)150 m，運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷尺寸分別為4.5 m×3.8 m、4.0 m×3.8 m。

2 礦壓監(jiān)測(cè)方案

在22203綜放工作面液壓支架上安裝21部GPD60型壓力傳感器，工作面兩端各安裝1部，中間每5架為一組均勻布置19部。數(shù)據(jù)傳輸?shù)終J515型壓力監(jiān)測(cè)分站，壓力監(jiān)測(cè)分站再通過(guò)線路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娣?wù)器，每天24 h連續(xù)記錄支架壓力變化情況。測(cè)區(qū)布置及儀器布設(shè)如圖1所示。

圖1 22203綜放工作面礦壓監(jiān)測(cè)測(cè)及儀器布設(shè)示意

3 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

3.1 工作面來(lái)壓判斷

從22203工作面開(kāi)始回采進(jìn)行礦壓觀測(cè)，共回采207 m，發(fā)生礦壓顯現(xiàn)14次，初次來(lái)壓于2020年11月3日前后發(fā)生。周期來(lái)壓可以依據(jù)支架工作阻力進(jìn)行判斷，其均方差可由公式(1)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

(2)

工作面頂板來(lái)壓判斷依據(jù)可由公式(3)確定：

(3)

式中：P'為支架循環(huán)工作阻力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，kN。

工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈程度可由支架動(dòng)載系數(shù)具體體現(xiàn)，支架動(dòng)載系數(shù)可由公式(4)進(jìn)行計(jì)算：

(4)

式中：Pz為工作面周期來(lái)壓時(shí)支架工作阻力平均值，kN；Pf為工作面周期來(lái)壓時(shí)支架工作阻力平均值，kN。

由于所有21個(gè)支架礦壓數(shù)據(jù)過(guò)于龐大，選擇工作面上、中、下這三個(gè)部位中各3個(gè)支架，即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)共9個(gè)支架作為典型進(jìn)行研究。工作面各個(gè)支架來(lái)壓判據(jù)依據(jù)如表1所示。

表1 工作面各支架來(lái)壓判斷依據(jù)統(tǒng)計(jì)情況

3.2 工作面來(lái)壓數(shù)據(jù)

根據(jù)上述工作面各個(gè)支架來(lái)壓判據(jù)依據(jù)，頂板來(lái)壓步距統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表2 工作面頂板來(lái)壓步距統(tǒng)計(jì)情況

工作面各個(gè)支架工作阻力統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

表3 工作面支架工作阻力統(tǒng)計(jì)情況

工作面周期來(lái)壓期間各個(gè)支架動(dòng)載系數(shù)統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

支架初撐力統(tǒng)計(jì)情況如表5所示。

表5 支架初撐力統(tǒng)計(jì)

3.3 工作面來(lái)壓數(shù)據(jù)分析

對(duì)表2～表5的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：22203綜放工作面老頂初次來(lái)壓步距42 m，周期來(lái)壓步距范圍16～26 m，平均值21 m。在工作面回采過(guò)程當(dāng)中，支架工作阻力平均值4 174 kN；在周期來(lái)壓過(guò)程當(dāng)中，支架工作阻力平均值4 682 kN，其最大工作面阻力5 523 kN。老頂初次來(lái)壓、周期來(lái)壓過(guò)程當(dāng)中，支架動(dòng)載系數(shù)的平均值分別為1.47、1.32，工作面礦壓顯現(xiàn)程度較為劇烈。30號(hào)與50號(hào)的支架初撐力分別為5 127 kN和4 970 kN，分別為額定初撐力5 232 kN的98%和95%，工作面初撐力利用率較高。對(duì)照煤礦頂板分類(lèi)指標(biāo)，該工作面頂板屬堅(jiān)硬頂板范疇。與此同時(shí)，工作面中部部位的支架工作面阻力、動(dòng)載系數(shù)一定程度上都比工作面其他部位高，為工作面礦壓顯現(xiàn)程度最為劇烈區(qū)域，但該部位的支架工作阻力一直都小于支架的額度工作阻力6 000 kN，因此該支架的選型符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 工作面各測(cè)區(qū)老頂初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距的平均值分別為42 m、21 m，各測(cè)區(qū)周期來(lái)壓步距范圍為16～26 m，盡管工作面不同位置的來(lái)壓步距和次數(shù)均有所差異，但其數(shù)值波動(dòng)范圍不大。根據(jù)上述22203綜放工作面頂板來(lái)壓步距統(tǒng)計(jì)情況，對(duì)照煤礦頂板分類(lèi)指標(biāo)，該工作面頂板屬堅(jiān)硬頂板范疇；

2) 30號(hào)與50號(hào)的支架初撐力分別為5 127 kN和4 970 kN，分別為額定初撐力5 232 kN的98%和95%，工作面初撐力利用率較高；

3) 老頂初次來(lái)壓、周期來(lái)壓過(guò)程當(dāng)中，支架壓動(dòng)載系數(shù)的平均值分別為1.47、1.32，工作面中部部位的支架工作面阻力、動(dòng)載系數(shù)一定程度上比工作面其他部位要高，為工作面礦壓顯現(xiàn)程度最為劇烈區(qū)域；

4) 針對(duì)韓家洼煤礦特厚煤層堅(jiān)硬頂板條件下綜放工作面的礦壓顯現(xiàn)情況，應(yīng)當(dāng)采取深孔預(yù)裂爆破等方式來(lái)弱化堅(jiān)硬頂板，以縮短來(lái)壓步距、保證頂板及時(shí)垮落，從而確保綜放工作面安全高效回采。