綜采工作面過上覆煤柱區(qū)開采礦壓規(guī)律分析

張晶

（1.太原理工大學，山西 太原 030024；2.同煤集團同家梁礦，山西 大同 037003）

綜采工作面在過上覆采空區(qū)遺留煤柱影響區(qū)時，其礦壓規(guī)律需要認真研究。本文針對綜采工作面過煤柱開采時的巷道圍巖變形數據進行觀測和分析，總結礦壓顯現規(guī)律，為安全開采和支護提供可靠的依據。

1 概述

同家梁礦81015工作面位于410盤區(qū)中部，煤層偽頂為粉砂巖（厚度0～3m），直接頂為粉砂巖（厚度1.5～3m），老頂為粉細砂巖（厚度＞10m），直接底為粉砂巖。采用長壁式采煤法，全部垮落法處理采空區(qū)。81015工作面回風巷采用3.5×2.8m（梁×腿）的梯形工字鋼支護，棚距1.0m，運輸巷采用3.9×2.8m（梁×腿）的梯形工字鋼支護，工作面布置示意圖如圖1所示。

工作面上方為12-2#層采空區(qū)，該采空區(qū)留有正交于本工作面的20m的保護煤柱（圖1）。由于上覆采空區(qū)煤柱影響，開采過程中礦壓顯現明顯，有可能存在煤壁炸幫、支架壓力大、圍巖變形等問題。

圖1 工作面布置示意圖

2 礦壓觀測

為了確保工作面推進過程中順利通過煤柱，應及時監(jiān)測巷道頂底板和兩幫的位移，及時掌握工作面回采影響階段煤柱下巷道的礦壓顯現規(guī)律，并根據煤柱外巷道的礦壓規(guī)律，制定合理措施保證工作面順利通過。在實際監(jiān)測過程中，通過觀測煤柱下、煤柱邊緣及煤柱外巷道的表面位移確定巷道頂底和兩幫處的實際位移量。

2.1 測點布置

測點分布：共設置3個固定監(jiān)測站：煤柱中心、出煤處邊緣以及工作面兩順槽至煤柱中心40m處（圖2）。位移基點應垂直于頂底板設置，距采幫20mm處。邊幫測點設置在煤壁中心且兩側對中，整體呈“十”字排布。

測試周期：總時長30d，頂板穩(wěn)定時為測量2次/周，回采動壓影響期改為1次/d。

圖2 綜采工作面過煤柱開采礦壓觀測測點布置

2.2 監(jiān)測結果

81015工作面在其正、副兩巷分別設置了三個監(jiān)測站，但由于實際生產過程中正巷處的三個測試站受到運輸機、破碎機及轉載機的干擾，無法取得正確和完整數據。現只將副巷處采集的表面位移數據進行匯總和整理。具體位移觀測數據見表1。

表1 巷道圍巖表面位移觀測結果

3 礦壓顯現規(guī)律分析

3.1 巷道頂底板位移

回采動壓影響階段，第3測站所測相對位移量為40mm，相對移動速度為7mm/d，相對位移量及相對移動速度都較小，呈現穩(wěn)定趨勢。因此可判斷，由于第3測站距離煤柱中心位置較遠，所以其所承受的上覆采空區(qū)壓力較小。

第1測站相對位移量為330mm，為第3測站所測數值8.25倍；相對移動速度為40mm/d，為第3測站的5.7倍。此外，根據現場情況來看，當工作面推進至距煤柱中心20m，第1測站所處巷道礦壓顯現明顯且出現頂板下沉。當工作面推進至距煤柱中心10m處，第1測站所處巷道發(fā)生較大的頂板下沉，且頂板處移動平均速度達到最大值150mm / d。

第2測站所測頂底板相對位移量為150mm，介于上述兩測站所測數值之間，相對移動速度與第3測站測量數據基本相近，礦壓基本較為穩(wěn)定。此外，根據現場情況來看，當工作面推進至距煤柱中心位置時，巷道頂板下沉明顯，且該時間段測得的相對移動速度升至98mm/d。整個監(jiān)測周期內，頂板下沉明顯，無明顯底鼓現象。

3.2 巷道兩幫位移

回采動壓影響階段，第2測站和第3測站兩幫相對位移量略有區(qū)別，分別為90mm、70mm，而相對移動速度的變化基本一致，最高峰值時為48mm/d，平均移動速度分別為8mm /d 和12mm/d，相對移動速度較大。判斷可能受到支護方式影響：工作面采用鋼棚支護，未采用主動的錨桿支護，兩幫開始發(fā)生位移后，棚架才開始承受壓力，并且棚腿所受側壓隨位移量增大而增加；第3測站處采用木錨桿護幫，效果較差，菱鎂托板開裂且出現多數斷裂，未起到實際側向支護效果。

回采動壓影響階段第1測站所測位移量為480mm，遠遠高于其他兩個測站所測位移量。此外，根據現場情況來看，當工作面推進至距1測站50m處，相對移動速度達到255mm/d，隨后相對移動速度趨于穩(wěn)定，平均移動速度約為40mm/d。主要原因為：W鋼帶錨桿聯合密集錨索支護，能有效防止巷道頂板繼續(xù)下沉，但壓力逐漸向兩幫傳遞，由于側向支護方式的原因，兩幫相對位移量較大。

3.3 觀測結果分析

（1）通過對工作面副巷煤柱下、煤柱邊緣及煤柱外巷道處監(jiān)測所得位移數據分析，所體現的礦壓顯現規(guī)律為：煤柱所受最大應力出現在煤柱中心線，煤柱邊緣巷道處受應力較小，至煤柱外采空區(qū)下巷道處最低。

（2）工作面推進至煤柱50m處，煤柱帶頂板開始受到周期性來壓的影響，并逐漸明顯。當工作面推進至煤柱下方，煤柱中下方巷道頂板所受支架阻力很大，且頂板出現明顯下沉，可判斷煤柱中部基本頂遭受破壞，為避免冒頂事故的發(fā)生應及時采取措施。

（3）進一步加強煤柱下巷道的支護。巷道掘進過程中通過錨索對煤柱及其兩側進行加固，對巷道兩幫架棚設置金屬錨桿，保證回采時頂板穩(wěn)定。

（4）實踐過程中，當工作面過煤柱時及時調整割煤機機頭、機尾調斜開采，同時使機頭、機尾與煤柱保持5m的錯距。至煤柱邊緣5m處時將采高降為2.7m，至煤柱中部降為2.5m，同時提高推進速度，調整循環(huán)推進度快速通過煤柱，效果較好。

（5）工作面通過煤柱時的支護應減少下降加快拉架速度，或者帶壓拉架，交錯拉移。同時可采用單體液壓支柱配合，確保頂板的支撐，避免產生大面積冒頂事故。

4 結論

通過對綜采工作面過煤柱影響區(qū)開采的巷道圍巖變形數據觀測和分析，總結了礦壓顯現的一般規(guī)律。實踐證明，對工作面過煤柱影響區(qū)開采時礦壓規(guī)律的掌握，可有效保證綜采工作面的正常安全推進。