采煤工作面礦壓顯現規律研究

中煤科工集團常州研究院有限公司 王啟峰

0 引言

隨著我國對煤炭的需求量的增加，煤礦開采的深度、難度隨之增加，類似于大傾角、特厚（薄）煤層等難以開采的煤層也會增多。目前國內在大傾角等特殊煤層開采上，還沒有相對可靠成熟的技術，還需要有很多難題需要解決，開采過程中的采煤工作面的礦壓規律研究便是其中之一。

1 采煤工作面礦壓顯現的主要影響因素

1.1 回采工作面圍巖

1.1.1 直接頂的影響

由于直接頂是工作面開采過程中的首個支護內容，煤礦工作面開采是否能夠保質、保量、安全生產，受直接頂完整與否等情況的影響較大，而且其決定著工作面采用的支護方式。直接頂巖層的力學特點以及巖層的發育情況是決定直接頂是否完整的重要因素，巖層的發育情況包括裂隙和層理。

1.1.2 老頂的影響

直接頂的穩定性受老頂的狀態是否穩定以及其來壓強度等因素的影響較大，在支護方面影響著支架的各個參數，如支架的最大結構高度與最小結構高度之差、支架的支護壓力，同時對處理采空區所使用的方法也有著影響。煤層與老頂之間的距離遠，則直接頂的厚度便大，在破斷后就有較大的可能會呈現緩慢下沉平衡，同時巖層移動曲線就越緩和，來壓強度越弱。

1.2 采高與控頂距

在一定地質條件下，在進行大采高工作面開采時，由于采高大則開采完成后采空空間大，勢必帶來相對更大的巖層破壞情況，使老頂達到平衡的可能性變小、工作面的礦壓顯現越嚴重，而且在支承壓力的作用下，工作面煤壁的穩定性也就越小，片幫的可能性增大。

1.3 回采工作面推進速度

礦壓顯現有多個參數，其中頂板下沉參數中的速度、下沉量，前方的支承壓力等，受回采工作面的推進速度影響較大。在工作面推進速度很慢時，加快推進速度可以使頂板狀態有所改善，但是，隨著推進速度的增加，頂板下沉量也會相應發生變化，因此在開采過程中無法“甩掉”頂板壓力。

1.4 開采深度

開采深度對巷道礦山壓力顯現的影響較為明顯，對于一些松軟巖層就會出現圍巖的“擠、壓、臌”等現象，而對于有沖擊地壓的礦井，開采過程中的沖擊地壓強度以及沖擊地磚發生的頻率，與開采深度與著密切關系。

因此，開采深度的變化不可避免的影響著礦山開采壓力，但是對礦壓顯現的影響就要針對具體情況具體分析。

2 綜放工作面礦壓觀測方案

2.1 工作面礦壓觀測方案

綜合機械化工作面現有的液壓支架電液控制系統進行工作面礦山壓力監測，該系統使用壓力傳感器對工作面支架的前后立柱的工作阻力進行實時監測。沿工作面傾向從上到下，分別選取 101#、100#、91#、90#??11#、10#支架進行觀測，通過電液控制系統監測各測線支架的所受載荷、并定期利用坡度儀、卷尺測量記錄測站支架立柱傾斜角度、伸縮量。

2.2 工作面巷道礦壓現場觀測方案

為了配合工作面礦壓觀測，在回采工作面兩邊巷道內選擇不影響生產和其他觀測項目的地點采用十字布點法共安設測站7個測站。其中回風巷3個測站，距巷尾距離分別為195m、240m、310m；運輸巷4個測站，距巷尾距離分別為150m、110m、80m、50m。在回風巷道頂底板中部垂直方向（運輸巷道距下幫1m處的頂底板垂直方向）和兩幫水平方向鉆Φ229mm、深380mm的孔，將Φ230mm、長400mm的木樁打入孔中。頂板和上幫木樁端部安設彎形測釘，底板和下幫木樁端部安設平頭測釘。

觀測方法為：采用ADL-2.5型沉降指示器（測桿）配合C-Ⅱ型自動記錄器進行測出OA、OB、OC、OD頂底板移近量AB、兩幫移近CD及AB、BC的讀數。測量精度可達到1mm；采用皮卷尺測量監測斷面至回采工作面的距離。觀測頻度為距回采工作面50m以內，每2～3天觀測一次。

圖1 巷道表面位移測站及測點布置

3 工作面礦壓規律分析

3.1 巷道表面位移

通過對巷道表面位移移近量與距工作面距離的關系曲線圖進行綜合分析可知，在觀測期間內，皮帶巷兩幫移近量最大為14mm，最小為 3mm，頂板下沉量最大為 100mm，最小下沉量為8mm；回風巷頂板最大下沉量為57mm，最小下沉量為10mm，兩幫移近量一般在10mm左右。表明試驗工作面皮帶運輸巷在開采影響期內表面位移收斂量相對較大，而巷道兩幫相對移近量小于頂底板相對移近量。

圖2 7#測站頂底板移近量與距工作面距離曲線

3.2 支架壓力變化特征

由圖工作面上中下區域液壓支架支柱壓力隨工作面推進過程中變化曲線可以看出，工作面液壓支架沿傾向分布大小比較明顯，其中中部壓力比較大，上部次之，下部區域最小。工作面周期來壓比較明顯，平均每隔5天（每天推進4m左右）周期來壓一次，也就是工作面周期來壓步距為20m左右，周期來壓時支架支柱壓力約為33.2MPa，不來壓時支架支柱壓力為25.7MPa。

圖3 工作面上部支架支柱壓力隨工作面推進變化

3.3 開采過程中工作面傾角變化

沿工作面傾向從上到下，分別選取101#、100#、91#、90#??11#、10#支架進行觀測，定期利用坡度儀、卷尺測量記錄測站支架立柱傾斜角度、伸縮量。具體支架立柱傾角變化見圖2.18。由圖可以看出，工作面沿傾向傾角是不斷在變化的，其中工作面中部偏下區域最大達到37°，上部較小區域大概為24°。

圖4 液壓支架立柱傾角變化曲線

4 結論

（1）在開采過程中，觀測斷面與工作面的距離影響巷道表面相對移近量、相對累計變化量。

（2）工作面液壓支架沿傾向分布大小比較明顯，其中中部壓力比較大，上部次之，下部區域最小。

（3）工作面沿傾向傾角是不斷在變化的，其中工作面傾角變化趨勢是：自上而下，先增大后減小，然后再增大再減小。其中工作面中部偏下區域最大達到 37°，上部較小區域大概為 24°。

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