綜采工作面礦壓觀測分析及頂板控制措施研究

賈亮亮

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033100）

1 工程案例

店坪煤礦5-302工作面位于830水平三采區左翼，工作面東為井田邊界，西為830南翼系統大巷，南為5-304工作面（未采），北為5-210工作面采空區，上部對應已回采3-304工作面，3-304回采工作面位于5-3022巷北側73m處，由于煤質較差，開采了389m后停采。工作面可采煤層為5#煤層，位于山西組下部，硬度為3。工作面范圍內煤體結構較穩定，含有兩到三層夾矸，夾矸為砂質泥巖，夾矸總厚度為0.25～0.35m。煤層厚度較穩定，工作面揭露煤層厚度為2.6～3.8m，均厚3.1m；工作面直接頂主要以細砂巖為主，平均厚度為10.7m，基本頂主要以砂質泥巖為主，平均厚度為5.6m。根據店坪煤礦地測科提供資料顯示，5-302工作面在回采期間共計揭露31條斷層，預計工作面在回采過程中頂板壓力加大。對此生產科對5-302工作面礦壓進行觀測研究，提出了合理的頂板控制措施，保證工作面安全快速回采。

2 礦壓觀測分析研究

2.1 工作面礦壓觀測方法

5-302工作面頂板礦壓觀測主要通過型號為KJ377礦壓觀測系統，該系統主要包括頂板離層儀一臺、錨索傳感器兩臺、鉆孔應力計2個。KJ377礦壓觀測系統主要是對綜采面液壓支架受力、頂板離層量、巷道變形量、支護拉緊力以及鉆孔的應力等進行實時監測，5-302工作面礦壓觀測設備安裝位置具體如下：

（1）5-302工作面礦壓在線觀測系統每隔15個支架安裝一組，每組觀測系統可傳送兩個數據，一個是前立柱受壓數據，一個是后立柱受壓數據，工作面安排專職人員每班對數據進行收集統計。

（2）5-302工作面回放順槽安裝支護傳感器四臺，運輸順槽安裝支護傳感器三臺，且每隔50m安裝一組，同時在頭尾順槽靠近采空區開始安裝頂板離層儀，每隔100m安裝一臺。

（3）支護傳感器主要是對頂板錨桿、錨索受力情況進行監測，5-302工作面將傳感器報警界限設定為50t；頂板離層儀主要是對頂板離層量進行監測，工作面將離層儀報警界限設定為100mm；鉆孔應力計主要是對頭尾順槽頂板對煤壁作用力進行監測，工作面將鉆孔應力計報警值設定為100kN。

2.2 工作面礦壓觀測結果

5-302工作面支架在線監測安裝并調試完畢后，對工作面進行15d實時監測。工作面5月22日開始初采，截至5月30日0點班工作面已累計推進11.1m。通過現場反饋以及在線監測壓力曲線顯示，副巷推進12.2m時，工作面120#支架至148#支架段采空區頂板開始垮落，架間觀測巖石將支架后部掩埋。由于煤層直接頂厚度為4.2～18.8m，平均厚度為10.7m，分析為直接頂開始垮落；截至6月7日工作面累計推進13.55m時，工作面1#～5#支架段老山側頂板未垮落，其余全部已跨落，無初次來壓現象。6月3日至6月14日工作面處于停采階段，頂板壓力處于緩慢增壓階段，支架阻力在26.5～43.7MPa之間，支架最大工作阻力在53#支架，壓力為38.3MPa、43.7MPa。5-302工作面回采至13.55m停采時，工作面82#～85#支架段有0.3m的斷層，隊組需加強斷層區段的支架初撐力以及煤壁管理，防止片幫現象。

圖1 店坪煤礦5-302工作面工作阻力曲線圖

3 頂板控制方法

3.1 工作面頂板控制方法

（1）工作面采用全部垮落法管理頂板。

工作面基本支架選用ZY5800-19/35型雙柱掩護式液壓支架149架管理頂板（沿空留巷段147架），架中心距1.5m，支護方式為及時支護，操作方式為本架操作。

（2）工作面正副巷端頭使用ZY5800-19/35型雙柱掩護式液壓支架支護配合超前支架進行支護，正副巷端頭液壓支架距煤柱側空頂均不得小于100mm、大于1.2m；支架距煤柱側空頂大于0.5m、小于1.2m時，正副巷采用單排柱距0.4m配1.0mπ梁封口；支架距煤柱側空頂超過1.2m（或坡度大于12°）時，采用雙排柱距0.4m配1.0mπ梁封口，并且在封口柱至超前支架區段距煤柱0.8m支設一排支柱，柱距1.0m。

3.2 特殊條件下的頂板控制方法

（1）周期來壓時支護要求：①5-302工作面在回采期間若工作面回采30m后頂板未完全垮落，必須立即停止回采，采取專項措施對采空區頂板進行放頂作業。②在周期來壓前后必須加強頂板支護質量，實行頂板支護動態觀測，并及時地對觀測結果進行統計分析，掌握頂板活動規律。同時在周期來壓期間乳化液泵站壓力不得低于30MPa，確保液壓支架各管路、閥組完好，嚴禁出現漏液、竄液、不卸載現象，支架初撐力不得低于24MPa。

（2）過地質構造帶措施：工作面頂板破碎和過地質構造時，采煤機司機必須與拉架工密切配合控制割煤速度，割煤與拉架間距大于5m時必須停機；拉架時采取帶壓前移支架的方法，并在支架頂梁上預鋪木板梁及時維護暴露頂板；工作面頂板嚴重破碎時，采用超前支護方式，即先拉架維護頂板后割煤，再推溜的作業方式。

4 結語

霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦生產科對5-302工作面礦壓進行觀測分析，提出了合理的頂板控制方法，有效提高了工作面在回采期間頂板穩定性，保證了綜采工作面回采安全，為其他綜采工作面在回采過程中礦壓觀測、頂板控制提供了實踐依據。