相鄰工作面開采礦山壓力影響研究

王龍飛，林治國(guó)，榮維濤，張經(jīng)龍

（濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)有限公司義橋煤礦，山東 汶上 272511）

·試驗(yàn)研究·

相鄰工作面開采礦山壓力影響研究

王龍飛，林治國(guó)，榮維濤，張經(jīng)龍

（濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)有限公司義橋煤礦，山東 汶上 272511）

礦山壓力既是指分布于巖層內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力，又包括作用于圍巖上，任何一部分邊界上的外力，研究和實(shí)踐已基本證明，未受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的地區(qū)，處于某一深度的巖層中，礦山壓力主要受上覆巖層的重量影響；而發(fā)生采動(dòng)產(chǎn)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，礦山壓力的變化如何，本文就義橋煤礦2304采空區(qū)對(duì)2306工作面礦山壓力的影響范圍進(jìn)行估算，論述了相應(yīng)的防止措施。

上覆巖層；采空區(qū)；礦山壓力；工作面

煤及巖層采動(dòng)前，一般都在覆蓋巖層的重力、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用力和巖體膨脹的作用力等地質(zhì)力作用之下，處于三向受力的原始平衡狀態(tài)，因此，原始巖層中已經(jīng)存在的應(yīng)力，是礦山壓力產(chǎn)生的根源。

煤或者巖層采動(dòng)后，由于邊界條件的改變，原巖應(yīng)力場(chǎng)中臨近采空間的部分，各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)包括大小、方向、水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力的比值等都將發(fā)生變化，采動(dòng)后重新分布于圍巖各個(gè)巖層邊界上的作用力及傳遞至巖層中各點(diǎn)的應(yīng)力，是圍巖運(yùn)動(dòng)包括變形、破壞和移動(dòng)的原動(dòng)力。掌握采動(dòng)后圍巖中的礦山壓力分布及其發(fā)展變化規(guī)律，搞清圍巖性質(zhì)、采動(dòng)條件等方面因素的影響，是有效地進(jìn)行礦山壓力及巖層控制的前提。

義橋煤礦2304、2306工作面是兩個(gè)相鄰的工作面，由于2304工作面先進(jìn)行回采，采完后進(jìn)行2306工作面的回采，因此，2304采空區(qū)對(duì)2306工作面的回采造成了很大影響，對(duì)于2306工作面礦山壓力的研究可以給2306工作面的回采工作提供指導(dǎo)。

1 礦山壓力的理論公式

考慮到義橋煤礦2304和2306工作面的地質(zhì)條件和生產(chǎn)條件，不考慮構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用力和巖體膨脹的作用，只考慮覆蓋巖層的重力而在未受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的地區(qū)，其壓力為重力垂直壓力，即：

式中：

δy1—作用于該點(diǎn)的垂直壓應(yīng)力，Pa；

H—該點(diǎn)距地表深度，m；

γ—覆蓋巖層的平均重力密度，kN／m3。

考慮到水平應(yīng)力都是由垂直壓應(yīng)力引起，而且一般水平應(yīng)力較小，可忽略不計(jì)，只考慮垂直壓應(yīng)力，同時(shí)自重應(yīng)力場(chǎng)基本上是一個(gè)比較均一的穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)。

2 2306工作面數(shù)據(jù)采集

2306 工作面現(xiàn)共有96個(gè)液壓支架，現(xiàn)共設(shè)5個(gè)采集站分別為10＃、30＃、50＃、70＃、90＃支架，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 采集站采集的數(shù)據(jù)MPa

3 結(jié)果分析

2306 工作面南北走向，傾角為15°，埋深為-500 m左右，煤質(zhì)較好。上順為-445 m，下順為-550 m，2304采空區(qū)和2306工作面相鄰，中間有10 m左右的煤柱，工作面實(shí)際分布示意圖見圖1。

圖1 2304采空區(qū)和2306工作面分布示意圖

根據(jù)垂直分壓力公式可以得到理論礦山壓力值，理論上2306工作面礦山壓力是隨著埋深的增加而增加，理論分布示意圖見圖2。

圖2 2306工作面礦山壓力理論分布示意圖

理論礦山壓力最大值16．5 MPa，最小值14．7 MPa，采集站是根據(jù)架號(hào)從小到大分布的，下順為架號(hào)的起始點(diǎn)，實(shí)際采集站點(diǎn)所測(cè)壓力分布示意圖見圖3。

圖3 2306工作面礦山壓力實(shí)際分布示意圖

由采集站采集到的數(shù)據(jù)，可以將2306工作面的礦山壓力分為3部分：壓力值異常區(qū)、壓力值正常區(qū)和采空區(qū)影響區(qū)。

2306 工作面的礦山壓力異常區(qū)主要為第1和第2采集站，正常區(qū)主要為第3和第4采集站，第5采集站同為異常區(qū)域，其中第5采集站附近區(qū)域主要受2304采空區(qū)的影響，而且越靠近2304工作面，所受到的影響越大。由圖3可以看出，45＃及前面的支架都存在問(wèn)題，沒(méi)有接實(shí)頂板，而且越靠近下順不實(shí)現(xiàn)象越明顯，10＃架以前的基本可認(rèn)為空頂出現(xiàn)，所測(cè)數(shù)據(jù)與事實(shí)相符，2306下順工作面頂板的巖石破碎，液壓支架不能很好地進(jìn)行支護(hù)。2306工作面上順，受2304采空區(qū)影響壓力很大，為了按照計(jì)劃推進(jìn)，上順進(jìn)行超前支護(hù)，支護(hù)形式為3排，其中靠近上幫兩排單體相距1．4 m，另一距離為0．8 m，列與列之間距離為0．5 m，超前支護(hù)距離接近200 m。

2306 工作面的礦山壓力隨著時(shí)間的變化而變化。由于2306工作面剛進(jìn)行回采，礦山壓力還沒(méi)有完全平衡，且煤層頂板剛剛初次垮落，其變化見圖4。

圖4 2306工作面隨時(shí)間變化的礦山壓力示意圖

2306 工作面是一個(gè)新工作面，從2012年11月6日開始開采，現(xiàn)已回采50 m左右，圖4為12月1日到12月10日測(cè)得數(shù)據(jù)，從曲線變化趨勢(shì)上得出，工作面壓力先隨著時(shí)間的增加而增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)第5天時(shí)，工作面壓力隨著時(shí)間的增加而減小，第6天后工作面壓力隨著時(shí)間的增加而增加，然后再減小，從第8天開始增加，最后達(dá)到最大值39 MPa。按照判斷趨勢(shì)看，壓力值還沒(méi)有達(dá)到最大。

4 結(jié)論和建議

由2304采空區(qū)對(duì)2306工作面壓力的影響可以得到以下結(jié)論和以后在相同條件下的建議：

1）2304 采空區(qū)對(duì)2306工作面的礦山壓力有著較大的影響，留煤柱的存在減小了2304采空區(qū)對(duì)2306工作面的影響，因此，可以增加煤柱的寬度或者進(jìn)行跳采或隔采。

2）2304 采空區(qū)對(duì)2306工作面的影響范圍為70＃～96＃，架子的寬度為1．5 m。

3）2306 工作面礦山壓力變化規(guī)律：隨著架號(hào)的增加，工作面壓力先增加，到達(dá)50＃左右時(shí)，礦山壓力值達(dá)到最大值，隨后礦山壓力開始減小，減小到一定程度，礦山壓力增加到96＃架時(shí)，基本接近最大。

4）為減小2306工作面的礦山壓力，可適當(dāng)提高工作面的推進(jìn)速度，減小頂板的下沉速度。

5）為改變2304采空區(qū)對(duì)2306工作面礦山壓力影響，可通過(guò)改變支護(hù)形式提高支護(hù)強(qiáng)度，這是一種遏制工作面礦山壓力的有效途徑。

［1］ 錢明高，劉聽成．礦山壓力及其控制［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，1984：40-43．

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［3］ 姜福興．礦山壓力及其控制［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2004：23-25．

［4］ 趙宏珠．淺埋采動(dòng)煤層工作面礦壓規(guī)律研究［J］．礦山壓力與頂板管理，1996（02）：23-25．

［5］ 馮志祥．淺談煤炭開采工作面礦山壓力的影響［J］．科技資訊，2011（06）：31-33．

Research on Mining Pressure Influence in Adjacent Working Face

Wang Long-fei，Lin zhi-guo，Rong Wei-tao，Zhang Jing-long

Mine pressure not only refers to stress distribution in each point within the strata，and includes any part of the external forces on boundary effect on surrounding rock．The research and practice have proved，the area of not affected by the influence of tectonic movement，at a depth of strata，the mine pressure is mainly affected by the weight of overlying strata．Moreover mining after occurred the tectonic movement，how to change the mine pressure？In this article the influence range of mine pressure of 2304 goaf in Yiqiao coal mine for 2306 working face is estimated，and discusses corresponding preventing measures．

Overlying strata；The goaf；Mine pressure；Working face

TD323

B

1672-0652（2013）09-0029-02

2013-06-27

王龍飛（1986—），男，山東鄒城人，2012年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事液壓支架壓力檢測(cè)工作（E-mail）373298924＠qq．com