同忻礦C3-5#綜放工作面8101-2頂板來壓規(guī)律的研究

馬占新

0 引言

大同煤礦集團(tuán)同忻礦特厚煤層綜采放頂煤開采中，頂板來壓有其特殊性，一般為初次來壓顯現(xiàn)小、而周期來壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈。本文針對該礦C3-5#層北一盤區(qū)西綜放工作面8101-2通過運(yùn)用橢球體放礦理論，經(jīng)過實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，從而掌握了同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2頂板來壓的特殊規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了安全開采。

1 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2概況

同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西地面位于鄭家?guī)X村南部，主要大溝為杏樹溝、后溝及兩側(cè)的山坡、山梁地帶。蓋山厚度平均442.8 m。8101-2工作面設(shè)計(jì)走向長890.5 m，可采走向長760.5 m，傾向長235 m，煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)，含夾石層8 層左右，夾石厚度0.10 m～0.34 m，煤層厚度平均為15.1 m，煤層傾角平均2°。老頂為粗砂巖，平均厚度為9.69 m，巖性特征為分選中等，次圓狀，堅(jiān)硬，夾波狀層理和平行層。直接頂為高嶺巖、炭質(zhì)泥巖，平均厚度為2.29 m，巖性特征為灰褐色，參差狀斷口，貝殼狀斷口，條痕為灰黑色。偽頂無。本工作面采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開采的采煤方法，放頂煤方式采用多輪分層順序放煤，按一刀一放，頂板管理采用自然垮落法。設(shè)備采用SL-500 型采煤機(jī)進(jìn)行割煤、ZF15000/27.5/42 型低位放頂煤支架進(jìn)行支護(hù)、JOY 公司42×1000×268AFC 型前部刮板運(yùn)輸機(jī)及JOY 公司42×1250×268AFC 型后部刮板運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，據(jù)地質(zhì)資料計(jì)算，刀煤割煤量為996噸，放煤量為2 445噸，其中液壓支架工作阻力15 000 kN，底板前端比壓2.48 MPa～3.26 MPa，支護(hù)強(qiáng)度為1.46 MPa，完全能滿足頂板來壓時(shí)的支護(hù)要求。

2 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2 頂板來壓規(guī)律

2.1 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2頂板來壓實(shí)測數(shù)據(jù)

同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2 共有支架數(shù)量138 架，分別在6#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95#、105#、115#、133#支架上，安設(shè)12 個(gè)山東尤洛卡生產(chǎn)的KJ216支架工作阻力在線監(jiān)測系統(tǒng)壓力分機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)對工作面支架的載荷及其工況連續(xù)不間斷地在線監(jiān)測，所測的壓力值通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。同時(shí)在每架支架上安裝一組瞬時(shí)YHY-60 數(shù)顯壓力表，用于當(dāng)班支架工即時(shí)檢測支架的初撐力和工作阻力。通過5個(gè)月14次的監(jiān)測及現(xiàn)場觀測，支架來壓時(shí)最大工作阻力42 MPa（安全閥開啟值），煤壁炸幫可達(dá)1.5 m 左右，影響范圍工作面的80%左右的支架，并且局部有支架歪斜現(xiàn)象。同忻礦綜放工作面C3-5#層西8101-2 工作面周期來壓實(shí)測數(shù)據(jù)，見33頁表1。

表1 同忻礦綜放工作面C3-5#層西8101-2工作面周期來壓實(shí)測數(shù)據(jù)

2.2 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2頂板來壓總結(jié)

根據(jù)相關(guān)理論研究［1-3］和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，同忻礦綜放工作面C3-5#層西8101-2頂板礦壓規(guī)律為：頂煤初次垮落步距15 m，直接頂初次垮落布距24.65 m，初次來壓布距30 m，來壓顯現(xiàn)不強(qiáng)烈，周期來壓礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，具體總結(jié)如下：

1、周期來壓與開采速度成反比，采的快，則步距小；采的慢，則步距大。步距為17 m～25 m，每推進(jìn)50 m 將會(huì)有一次大的來壓，并且50 m 內(nèi)最多來3 次來壓。同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2 的日產(chǎn)量與周期來壓對比關(guān)系，如圖1所示。

圖1 同忻礦綜放工作面C3-5#層8101-2的日產(chǎn)量與周期來壓對比關(guān)系

2、周期來壓現(xiàn)象顯現(xiàn)為支架頂梁上頂煤下漏，底座有歪斜，煤壁有炸幫。分析認(rèn)為：前腳拱軟煤區(qū)域失穩(wěn)垮落，在支架接頂差拘不住煤的情況下，大量煤溜出。在后腳拱底板壓力的作用下，由于應(yīng)力向較軟的方向平移，就造成支架向較軟的方向傾斜。同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2 周期來壓礦壓顯現(xiàn)示意，如圖3所示。

圖2 同忻礦綜放工作面C3-5#層8101-2周期來壓礦壓顯現(xiàn)示意

3、周期來壓與地質(zhì)關(guān)系：只要在工作面底板出現(xiàn)基底沖刷，在其煤頂上方勢必形成一條軟煤帶，大小、厚薄、等需根據(jù)工作面實(shí)際情況定，通過實(shí)際鉆探可得出［4]。同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2周期來壓與地質(zhì)關(guān)系示意，如圖4所示。

圖3 同忻礦綜放工作面C3-5#層8101-2周期來壓與地質(zhì)關(guān)系示意

2.3 同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2現(xiàn)場采取的措施

1、在礦壓顯現(xiàn)較為明顯特殊區(qū)域，如：83#-95#架范圍執(zhí)行超前拉架，防止頂煤下溜（原則上不主張超前拉架）。

2、在礦壓顯現(xiàn)較為明顯特殊區(qū)域，如：83#-95#架范圍做到支架挺起，嚴(yán)禁前探梁和整個(gè)支架下栽，加強(qiáng)前柱的初撐力管理，一定升緊。

3、機(jī)組切割過程中保證采高的前提下，底板割平。仍按17 m～25 m 來壓區(qū)間，每推進(jìn)50 m 將有一次大的來壓，屆時(shí)加強(qiáng)支架的管理特別是中部支架的管理，加速推進(jìn)，減少應(yīng)力顯現(xiàn)。

4、周期來壓、巷道頂板變裂、順槽炸幫大時(shí)不建議退錨。工作面壓力大，片幫大時(shí)建議不放煤或少放煤，頭四尾五過渡支架不放煤。其他特殊情況下，也可不執(zhí)行退錨。

5、加強(qiáng)工作支架初撐力管理，機(jī)道頂煤碎，片幫大，煤體松軟等情況下，要及時(shí)采取超前移架，快速推進(jìn)和單向割煤等方式快速通過壓力區(qū)，防止漏頂事故的發(fā)生。

6、超前支護(hù)，端頭支護(hù)及關(guān)門柱要嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程定的工藝工序支設(shè)，并上齊防倒，防墜裝置并使工作面所有的安全出口不低于1.8 m，寬度不低于0.8 m，防止倒柱，墜梁傷人。

7、嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定的退錨時(shí)間和范圍，進(jìn)行退錨工作，防止采空區(qū)懸板超標(biāo)，造成工作面煤壁懸臂梁，出現(xiàn)炸幫等頂板事故發(fā)生。

3 結(jié)論

通過以上來壓規(guī)律的研究，不僅使同忻礦綜放工作面C3-5#層北一盤區(qū)西8101-2達(dá)到了精采、細(xì)采，還實(shí)現(xiàn)了安全、快速開采，值得進(jìn)一步推廣。如利潤擬按50 元/t 計(jì)算，該工作面則多采出60 m，煤量25.53 萬t，獲利1 276.5萬元。