西曲礦綜采工作面蹬空開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究

王國(guó)威

（山西西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 太原 030200）

為了提高煤炭回收率和緩解采掘接替，西曲礦布置了12317蹬空開采工作面，該工作面下伏28107工作面采空區(qū)，上蹬空開采區(qū)域走向長(zhǎng)度為140m。開采實(shí)踐認(rèn)為，下部煤層的開采會(huì)導(dǎo)致蹬空開采的煤層原巖應(yīng)力平衡遭到破壞，煤層和圍巖出現(xiàn)變形和破壞，工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)必將出現(xiàn)新的變化[1-4]。因此，為了掌握12317工作面蹬空區(qū)域礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)和積累蹬空開采經(jīng)驗(yàn)，西曲礦在12317工作面蹬空開采區(qū)域進(jìn)行了礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究。

1 工作面概況

12317工作面位于南三盤區(qū)南部，東部10m為2.3#煤空巷，東部為22103工作面采空區(qū)，北部為2.3#煤空巷和22104工作面采空區(qū)，西部為12307工作面采空區(qū)，南部為22102工作面采空區(qū)，工作面局部下伏28107蹬空區(qū)，2.3#煤與8#煤層間距約65～70m。各工作面均留設(shè)保護(hù)煤柱，工作面周邊無(wú)小窯。12317工作面所采煤層為2.3煤層，煤層均厚4.0m，傾角平均為3°，可采指數(shù)為1，屬于穩(wěn)定可采厚煤層工作面。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度分別為353m和131m，老頂為均厚4.6m的泥巖—粉砂巖，直接頂為均厚1.2m的深灰色泥巖，直接底為均厚3.2m的灰色砂巖，老底為均厚2.9m的深灰色粉砂巖。工作面距開切眼163m處下伏2006年已回采完畢的8#煤層28107工作面采空區(qū)，沿推進(jìn)方向上蹬空開采區(qū)域長(zhǎng)度為140m，預(yù)計(jì)該蹬空區(qū)域煤層和圍巖不穩(wěn)定，裂隙發(fā)育。工作面共布置兩條巷道，分別用于進(jìn)風(fēng)運(yùn)煤和回風(fēng)運(yùn)料，兩巷均采用“錨網(wǎng)索鋼帶”聯(lián)合支護(hù)，采場(chǎng)布置92臺(tái)ZZ5200-1.95/4.2型液壓支架，支架額定工作阻力和初撐力分別為5200kN和4368kN。

2 礦壓觀測(cè)方案

為了掌握12317工作面蹬空開采期間頂板來(lái)壓特點(diǎn)、超前支承壓力變化規(guī)律等，制定了該工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)方案：（1）沿工作面傾斜方向布置5條測(cè)線，測(cè)線分別對(duì)應(yīng)10#、36#、54#、72#和82#支架，在所對(duì)應(yīng)的支架上安裝由山東尤洛卡公司生產(chǎn)的KJ29系列頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀，該監(jiān)測(cè)儀可以實(shí)時(shí)對(duì)支架工作阻力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，并可通過數(shù)據(jù)采集器對(duì)監(jiān)測(cè)儀記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；（2）在蹬空區(qū)域和非蹬空區(qū)域工作面回風(fēng)巷采用YZ-30型錨桿液壓枕用以觀測(cè)工作面超前支承壓力變化情況，要求測(cè)量段長(zhǎng)度不低于100m。

3 礦壓觀測(cè)結(jié)果分析

3.1 采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

頂板監(jiān)測(cè)儀記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)采集和統(tǒng)計(jì)分析可知，12317工作面在未進(jìn)入蹬空開采區(qū)域和進(jìn)入蹬空開采區(qū)域，工作面所測(cè)支架末阻力均呈現(xiàn)出兩端小中間大的近似正態(tài)分布，在未進(jìn)入和進(jìn)入蹬空區(qū)域時(shí)，支架工作阻力都是主要分別在3500～4500kN范圍內(nèi)，分別占統(tǒng)計(jì)數(shù)的86%和82%。觀測(cè)期間，工作面來(lái)壓參數(shù)見表1所示。由表1可知：（1）在未進(jìn)入蹬空區(qū)域前，支架來(lái)壓期間和非來(lái)壓期間平均工作阻力分別為4651kN和4078kN，分別為額定工作阻力的89.4%和78.4%；（2）在未進(jìn)蹬空區(qū)域前，支架來(lái)壓期間來(lái)壓步距為9.6～12.5m，平均為10.5m，動(dòng)載系數(shù)為1.3～1.5，平均為1.42；（3）在進(jìn)入蹬空區(qū)域后，支架來(lái)壓期間和非來(lái)壓期間平均工作阻力分別為4478kN和3782kN，分別為額定共阻力的86.1%和72.7%，相比于未進(jìn)入蹬空區(qū)域，來(lái)壓期間和非來(lái)壓期間平均工作阻力分別降低了173kN和296kN，即為非蹬空區(qū)域平均工作阻力的96.2%和92.7%；（4）在進(jìn)入蹬空區(qū)域后，工作面來(lái)壓步距為7.2～9.4m，平均為8.1m，動(dòng)載系數(shù)為1.2～1.4，平均為1.27，相比于未進(jìn)入蹬空區(qū)域，來(lái)壓步距平均減少了3.4m，動(dòng)載系數(shù)降低了0.15；（5）蹬空開采和非蹬空開采期間，所測(cè)支架初撐力基本相同，分別為1786kN和1792kN，說(shuō)明初撐力普遍較低，分析認(rèn)為主要是支架工升架時(shí)間偏短，未達(dá)到額定初撐力即停止升架造成。由此可知，12317工作面蹬空開采時(shí)相比于非蹬空開采，來(lái)壓和非來(lái)壓期間支架平均工作阻力、來(lái)壓步距和動(dòng)載系數(shù)均有降低趨勢(shì)，蹬空開采期間礦壓顯現(xiàn)并不劇烈。

表1 12317工作面來(lái)壓參數(shù)

3.2 超前支承壓力分析

在工作面正常回采期間，超前支承壓力是造成采面一定范圍內(nèi)回采巷道出現(xiàn)變形破壞的主要因素，掌握超前支承壓力變化規(guī)律是選擇合理支護(hù)手段的重要依據(jù)。為了掌握蹬空開采期間工作面超前支承壓力變化特點(diǎn)，在蹬空區(qū)域和非蹬空區(qū)域采用YZ-30型錨桿液壓枕用以觀測(cè)工作面超前支承壓力變化，具體見圖1所示。由圖1可知：在非蹬空區(qū)域，超前支承壓力影響范圍為工作面前方20m，劇烈影響范圍在工作面前方15m，峰值點(diǎn)在工作面前方6～9m；在蹬空區(qū)域，超前支承壓力影響范圍為工作面前方17m，劇烈影響范圍在工作面前方15m，峰值在工作面前方10～12m；在蹬空區(qū)域，錨桿液壓枕讀數(shù)最高為48MPa，非蹬空區(qū)域，液壓枕讀數(shù)最高為51MPa。由此可知，蹬空開采期間相比于非蹬空開采期間，工作面超前支承壓力影響范圍較小，但是峰值位置相對(duì)較遠(yuǎn)，且支承壓力相對(duì)較小。

圖1 12317工作面回風(fēng)巷超前支承壓力變化曲線

3.3 其他宏觀觀測(cè)

12317工作面在非蹬空區(qū)域回采時(shí)，所測(cè)支架活柱下縮量為0～85mm，平均為10.6mm，其中活柱下縮量在0～15mm范圍內(nèi)約占統(tǒng)計(jì)數(shù)的82.6%；在工作面進(jìn)入蹬空區(qū)域后，所測(cè)支架活柱下縮量為0～79mm，平均為6.4mm，其中活柱下縮量在0～10mm范圍內(nèi)約占統(tǒng)計(jì)數(shù)的84.1%；由此可知，在工作面進(jìn)入蹬空區(qū)域后，支架活柱下縮量相比于非蹬空區(qū)域更小，與前面所測(cè)蹬空區(qū)域支架平均工作阻力低于非蹬空區(qū)域相符。在12317工作面在非蹬空區(qū)域開采時(shí)，煤壁片幫率約為6.4%，其中在來(lái)壓時(shí)煤壁片幫明顯增加，片幫率約為11.2%；在蹬空開采時(shí)，煤壁片幫率為6.1%，來(lái)壓時(shí)片幫率為10.9%，即相比于非蹬空開采，蹬空開采時(shí)煤壁片幫率稍有降低，與蹬空開采來(lái)壓特點(diǎn)相符。總的來(lái)說(shuō)，12317工作面蹬空開采期間，支架活柱下縮量和煤壁片幫率較低，有利于保障工作面安全生產(chǎn)和提高回采效率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)12317工作面蹬空開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律實(shí)測(cè)研究可知：（1）蹬空開采時(shí)相比于非蹬空開采，來(lái)壓和非來(lái)壓期間支架平均工作阻力、來(lái)壓步距和動(dòng)載系數(shù)均有降低趨勢(shì)，蹬空開采期間礦壓顯現(xiàn)并不劇烈；（2）蹬空開采時(shí)相比于非蹬空開采，工作面超前支承壓力影響范圍相對(duì)較小，支架活柱下縮量和煤壁片幫率較低。另外，為了控制采場(chǎng)圍巖，應(yīng)主動(dòng)提高支架初撐力，確保支架能給予頂板有效主動(dòng)支撐。通過掌握12317蹬空工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)，為指導(dǎo)該工作面安全回采提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為西曲礦其他蹬空工作面設(shè)備選型、巷道支護(hù)、安全回采等積累了經(jīng)驗(yàn)。