工作面推進速度對礦壓顯現影響規律研究

趙 凱

(山西汾西礦業集團設計院，山西 介休 032000)

引 言

關于工作面推進速度對工作面礦山壓力顯現的影響規律，常規情況下認為，適當加快工作面推進速度，有利于減緩工作面的礦山壓力顯現，尤其是對于減輕工作面來壓期間的壓力強度，有較為明顯的影響，還可以增加工作面的產量，而通過加快推進速度來減輕礦壓顯現的方法，俗稱“甩壓力”[1-3]。本文在前人研究成果的基礎上，針對特殊地質生產條件，研究工作面推進速度對上覆巖層活動規律及礦山壓力顯現的影響，從而對工作面的合理推采速度提供指導。

1 推進速度對覆巖活動規律影響

通過大量文獻查閱分析及總結，工作面推進速度對覆巖活動規律的影響的研究成果主要有[4-6]：根據覆巖活動動態關系公式，工作面推進速度加快，會導致覆巖擾動范圍增大，導致工作面周期來壓持續性增強，來壓步距增大，但來壓強度有所降低，這是由于快速推進使工作面直接頂垮落不充分，從而導致老頂及關鍵層的活動范圍增大，回轉變形及穩定時間延長，因此，在特定時間內，頂板下沉量觀測值會減小，但隨著觀測時間延長，總的頂板下沉量區域一致。在開采厚度較小或賦存深度較淺的煤層時，加快推進速度對控制礦壓及減緩覆巖及表土沉降有利；而對于開采厚度較大或賦存深度較大的煤層時，反而是降低工作面推進速度較為有利。同時，加快推進速度，有利于減小巷道累計變形量，有利于巷道穩定維護，但應注意防止巖爆或煤爆災害。因此，可通過調整工作面的推進速度，來調整工作面的來壓步距和來壓時間，可以在工作面過斷層等地質構造時避免同時來壓，有利于圍巖維護。

2 基于相似實驗的推進速度模擬分析

在研究過程中，采用了相似模擬工具及數值模擬工具。相似模擬是基于相似理論，通過比例關系及模型構建的方式進行模擬研究，通過模擬結果再與現實情況進行關聯，從而較為方便地得到相應的研究成果。基于某礦工作面所采1#煤層1101工作面的具體地質生產條件，平均煤層埋藏深度118 m，煤層平均厚度5.5 m，煤層傾角約1°～5°，為近水平煤層，直接頂為約4 m的炭質泥巖，基本頂為約7 m的細砂巖，單軸抗壓強度分別為22.5 MPa及44.5 MPa。按照1∶80的幾何相似比、17∶25的容重相似比、1∶10的時間相似比、1∶100的應力相似比進行模擬實驗，模型制作及實驗過程不再贅述。

根據相似模擬結果顯示，工作面基本頂初次垮落即初次來壓的開挖距離在36 m處，初次來壓之后，之后的基本頂周期性垮落即周期來壓。按照5 m/天的推進速度，實驗過程中共出現了3次周期來壓，平均步距為8 m；按照10 m/d的推進速度，實驗過程中共出現了4次周期來壓，平均步距為14 m。來壓步距的統計結果顯示，加快工作面推進速度會使工作面初次來壓步距增大。

在實驗過程中設置位移觀測點對工作面頂板下沉量進行觀測，按照5 m/d的推進速度，位于直接頂內測點的位移量為3.5 m～4.5 m，位于基本頂內測點的位移量為3.1 m～4.0 m；按照10 m/天的推進速度，位于直接頂內測點的位移量為2.8 m～4.1 m，位于基本頂內測點的位移量為2.5 m～3.7 m。在特定的觀測時間內，加快推進速度使頂板下沉量有所減少，這是由于基本頂回轉變形的時間延長，但將觀測時間延長，則頂板下沉量的差異化會逐漸減小。

在實驗過程中設置應力觀測點對工作面前方支承應力進行觀測，統計數據并分析，工作面的推進快慢影響到了工作面超前支承壓力峰值大小、峰值位置及增大范圍，隨著推進速度的增大，支承壓力峰值有所增大，且向工作面遠側方向移動，且支承壓力影響范圍有增大趨勢。

3 工程實踐及礦壓觀測

在1101工作面展開推進速度調整的工程實踐及礦壓觀測。為便于展開礦壓觀測，在工作面上、中、下部布置6條測線，其中1#測線(5#架)、2#測線(15#架)為上部，3#測線(45#架)、4#測線(55#架)為中部，5#測線(85#架)、6#測線(95#架)為下部。在每條測線處的液壓支架處安裝工作載荷監測記錄儀，以對工作面頂板的實時載荷進行監測和記錄，便于統計分析。

觀測結果顯示：在60 d的試驗及統計期內，通過調整工作面推進速度，當推進速度為每天5 m時，周期來壓統計平均值為7.5 m，而推進速度增大到每天10 m時，周期來壓步距統計平均值增至18.1 m，周期來壓步距值增幅明顯；加快推進速度后，周期來壓的持續距離由3.5 m增至4.6 m，增大了1.3倍，來壓影響時間有所延長；而比較測線處統計的支架載荷，推進速度加快后的34.5 MPa(平均值)要比慢速推進時的40 MPa(平均值)有所減小，說明支架承受載荷有所減弱。

4 結語

根據文獻檢索、相似模擬實驗、現場礦壓實測可進行總結分析，工作面的推進速度對諸如周期來壓步距、頂板下沉量、支架載荷等礦壓顯現參數有一定影響。周期來壓步距及來壓影響距離的增大是由于基本頂回轉變形的減緩所致，而支架載荷的減弱則是由于超前支承壓力峰值前移所致。在現場礦壓管理工作中，應根據具體地質條件、斷層構造、生產計劃、勞動組織來合理調整推進速度，使其更好地適應現場地質生產條件。