綜采工作面初采期間礦壓顯現規律研究

張天龍

（霍州煤電億隆煤業綜采隊，山西 霍州 031400）

本文以霍州煤電集團億隆煤礦1-101綜采工作面為研究對象，研究綜采工作面初采期間礦壓顯現規律，并根據礦壓顯現特征提出針對性的控制建議，為保證綜采工作面的正常開采、回采巷道合理支護、有效控制礦壓提供一定的指導。

1 工程概況

億隆煤礦隸屬于霍州煤電集團，1-101回采工作面地表相對位于東梁村以東。地表為黃土丘陵和溝壑，黃土層厚度118～136m，基巖厚度為170～210m。地表形態屬中高山地形，工作面地面標高+600～ +640m，工作面標高+200～ +275m，開采深度平均400m。開采1號煤層平均厚度1.68m，煤層平均傾角為8°，具體工作面頂底板情況如表1所示。1-101工作面西側為1-103回采工作面的采空區，東側為實體煤，南側為萬安斷層保安煤柱及采區邊界，北側為采區皮帶下山巷與回風下山巷保安煤柱。圖1為采面平面圖。

圖1 1-101工作面平面位置圖

表1 頂底板巖性

2 礦壓觀測

（1）支架安全閥開啟情況

ZY4400-10/23型雙掩護式液壓支架，為了對回采工作面初采期間頂板來壓情況進行充分認識，2018年7月至10月，對支架壓力及安全閥開啟情況進行了統計，結果見表2。

表2 工作面支架安全閥開啟情況

（2）液壓支架支撐力及工作阻力情況分析

在1-101回采工作面液壓支架上布設9組礦壓觀測站，對液壓支架的工作阻力、支架的初撐力分布情況進行分析。在液壓支架的端頭處、15#、30#、45#……105#、120#支架上分別布置測站，編號依次為1、2……9。觀測到的液壓支架支撐力及工作阻力變化情況，具體如圖2、圖3所示。

圖2 工作面液壓支架初撐力變化情況

從圖2中可以看出，測得的工作面液壓支架初撐力主要在6～24MPa之間，占比約為86%，初撐力的整體分布呈現出壓正態的狀態，支架初撐力16～18MPa范圍內頻率最高，達到了22%。液壓支架的額定初撐力為20MPa，小于額定初撐力的支架占比達到了65%，有約25%的支架初撐力不足額定初撐力的50%，表明液壓支架升架的時間不足，當液壓支架出現漏液時沒得及時補充。

從圖3可以看出，工作面液壓支架工作阻力的分布狀態規律呈現出雙正態疊加特征，工作阻力分布頻率的第一個峰值對應的分布頻率是25.2%，液壓支架對應的工作阻力26MPa，達到液壓支架額定工作阻力的80%，說明支架可以滿足工作面正常開采期間頂板支護的目的。當工作面初次來壓時，液壓支架的工作阻力最大值31MPa，占到額定工作阻力的95%，液壓支架還有部分余量。

圖3 工作面液壓支架工作阻力變化情況

（3）回采引起來壓步距分析

圖4 支架工作阻力隨工作面推進變化情況

10月16日21：00，工作面20#～110#支架后采空區直接頂垮落，厚度3m左右；10月17日15：00，工作面除機頭處4架、機尾處5架未落，其他位置采空區直接頂全部垮落、填實。10月20日16：00，工作面下隅角全部垮落，上隅角有2m×5m未垮落。此時，回采工作面推進17.1m。

在10月21日到10月23日0點班，工作面出現老頂來壓現象，工作面40#～80#支架顯示支架工作阻力升高，據此，可初步判斷后部采空區老頂初次垮落；10月23日0點班開始整體顯示支架工作阻力升高，據此，可初步判斷前部采空區老頂初次垮落。在隨后觀察的幾天里，工作面未出現明顯來壓顯現。

選取有代表性的液壓支架工作阻力測量數據，統計分析工作阻力隨回采工作推進變化情況，具體如圖4所示。從圖中可以清晰地看出，當回采工作面推進10m時，工作面支架的工作阻力開始不斷地增加，工作面推進至18m左右時，工作面液壓支架的工作阻力達到最大值，說明回采工作面老頂初次斷裂來壓。當工作面推進至26m左右時，液壓支架的工作阻力增大，說明回采工作面頂板出現斷裂，工作面周期來壓；當工作面推進至39m左右時，液壓支架的工作阻力又明顯增加，因此，可以段定工作面的周期來壓步距在13m左右。

（4）超前支撐壓力分析

在工作面回采巷道內安裝應力計，監測分析超前支撐壓力變化分布情況，統計分析出的工作面超前支撐壓力分布如圖5所示。從圖中可以看出，隨著1-101回采工作面的推進，工作面超前支撐壓力的影響范圍可以達到50m，1-101工作面前方15m是超前支撐壓力的峰值位置，最大壓力達32MPa，工作面前方10～25m范圍受回采工作面采動影響明顯，因此在這個區間范圍內應加強支護，防止由于采動的影響造成巷道結構失穩，給工作面的正常生產帶來不利影響。

圖5 工作面前方超前支承壓力分布示意圖

3 礦壓顯現特征分析

（1）1-101綜采工作面初采期間工作面的來壓強度不大，未出現沖擊載荷，工作面初次來壓時的動載系數在1.23、周期來壓時的動載系數在1.3。主要是由于開采的1號煤層厚度為1.68m，頂板不屬于堅硬頂板，煤隨著回采工作面的推進，頂板能及時的跨落，并且由于1-101回采工作面初采期間推進速度較慢，造成直接頂分段垮落，故初次來壓時的動載荷系數小于周期來壓時的動載系數。

（2）隨著工作面向前推進，基本頂開始垮落，工作面支架的工作阻力增加，但是表現不明顯。根據工作面液壓支架工作阻力直方圖及支架阻力隨回采工作面推進的變化情況可以看出，回采工作面的初次來壓步距在18m左右，周期來壓步距在13m左右。

（3）工作面前方15 m左右為支承壓力峰值位置，工作面前方10～25m范圍受回采工作面采動影響明顯，此處應加強此段巷道支護及頂底板離層觀測，防止由于巷道圍巖變形影響工作面的正常回采。

4 結語

通過對億隆煤礦1-101綜采工作面初采期間的礦壓數據進行觀測，掌握了初采期間工作面支架的工作阻力、初撐力的分布情況，確定了回采工作面初次來壓步距、周期來壓步距及超前影響范圍，為類似地質條件下綜采工作面的礦壓控制提供了一定的借鑒。