厚泥巖頂板沿空工作面來壓步距分析

2019-07-25 07:05:40張文龍

煤礦現代化 2019年5期

關鍵詞：支架

張文龍

（陽泉煤業（集團）平定裕泰煤業有限公司，山西陽泉 045000）

1 工作面概況

1.1 工作面位置及采礦地質情況

陽煤集團平定裕泰煤業有限公司15103綜采工作面為裕泰公司第3個回采工作面，布置在一采區15號煤層的西翼，可采區域長639m，寬205m。工作面北側為平行布設的15101工作面，東側為備用銜接的15104工作面，護巷煤柱寬度50m，屬于典型煤柱沿空工作面；南側臨井田邊界，距保護煤柱寬135m；北側為膠帶大巷、軌道大巷以及集中回風巷，與停采線距離157.7m。工作面平面位置如圖1所示。

圖1 15103工作面平面位置示意圖

15103工作面所采煤層為二疊系中太原組15號煤層，位于太原組底部，煤層厚2.97～6.36m，平均5.5m，煤層可采性指數Km=1，為全井田穩定可采，含0-4層泥巖及炭質泥巖夾矸，結構復雜。總體為一較寬緩的褶曲構造，向、背斜相間排列，。煤層傾角2°～9°，平均6°，起伏較小，為近水平煤層。

15103煤層煤層頂板多為砂質泥巖,局部為泥巖厚度平均為12.7m左右、局部為粗砂巖；底板多為砂質泥巖、細砂巖，局部為泥巖、中砂巖，平均厚度為7.29m。煤層頂底板巖性特征見表1。

表1 煤層頂底板巖性特征表

15103工作面經坑透分析，工作面內存在1個預測陷落柱X4和斷層F1。預測揭露斷層F1斷距小于1/2煤厚，周圍瓦斯含量可能高，對回采影響不大。工作面內不排除其它小型地質構造存在。根據實際掘進資料顯示，工作面進、回風巷掘進過程中各揭露1個陷落柱：X6、X5。其中預測X6（50m×7m）距切巷約 94～100m；預測 X5（80m×60m）距切巷約220～238米。根據坑透資料顯示，工作面內還存在1個陷落柱X4，其中預測X4（52m×32m）距切巷約280m左右。其中X4、X5陷落柱對回采有一定影響。工作面內不排除有隱伏小型陷落柱存在。

1.2 工作面巷道布置及回采工藝

15103工作面沿15號煤層頂板布置兩條相互平行的進風順槽及回風順槽和一條切巷。工作面巷道名稱：15101進風巷、15103回風巷、15103切巷、15103高抽巷、15103低抽巷，其中進風順槽和回風順槽直接與切巷垂直相連接。15103進風順槽為工作面進風巷，巷道中安裝一部皮帶運輸機直接與二水平皮帶大巷相聯，構成工作面運煤的主運輸系統；15103回風順槽通過回風系統巷與集中回風大巷聯通、巷道內鋪設軌道為主要以用料為主的輔助運輸巷道。15103高抽巷布置在距15號煤層頂板45m左右，主要用來解決工作面的采空區的瓦斯治理工作，15103底抽巷布置在距15號煤層頂板8m左右，主要用來解決采煤工作面上隅角的瓦斯，巷道支護形式及規格見表3。

表1 15103工作面巷道支護形式及規格

15103工作面采用長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤法，全部垮落法管理工作面頂板。工作面液壓支架選用ZF5000-17/28型四柱掩護式液壓支架支護，工作面共布置132臺，機頭、機尾布置ZFG6500-18/30H端頭支架共6臺，工作面布置支架總數為138臺。

2 工作面初次來壓分析

2.1 礦壓觀測方法及設備

15103工作面礦壓數據分析采用采集式礦壓監測系統，工作面設置28組測點，即在3#、8#、13#、18#、23#、28#、33#、38#、43#、48#、53#、58#、63#、68#、73#、78#、83#、88#、93#、98#、103#、108#、113#、118#、123#、128#、133#、136# 架各設一組測站，依次編號為1#、2#……27#，每組測站安設一組YHY-60型液壓支架測力儀，通道分別對應接支架前立柱、后立柱、尾梁千斤。其它支架均安設普通壓力表，并配置FCH8/1.5型礦用手持采集器1個，壓力計可以顯示液壓支架立柱的受力狀態，每天安排專人對工作面的數據進行采集，并將數據傳遞至地面分析平臺，能夠對液壓支架的工作狀態數據保存，可為分析工作面的初次來壓和周期來壓規律提供可靠的參數。

2.2 初次來壓分析

15103工作面推進距離9m時，13-65#架間直接頂開始冒落；推進距離11m時4-92#架間直接頂冒落充分，93#架-機尾直接頂局部冒落且冒落不充分；直到推進距離達到19m時直接頂全部冒落充分。

15103工作面回采至24m時開始初次來壓，回采至30.5m時初次來壓結束，初次來壓步距為24m。工作面初次來壓持續時間約34小時，影響距離約6.5m。首先在58-75架區間內觀測到初次來壓現象，隨著推采壓力以65架為中心向工作面兩端傳遞。

來壓顯現主要集中在中部21-115架（138m），來壓期間機頭1-20架（30m）支架來壓現象不明顯，機尾115-138架（34.5m）支架來壓現象不明顯。

初次來壓期間，15103工作面煤幫出現少量片幫，頂板、支架有響聲，之后煤壁片幫嚴重，壓力表顯示值上升變化較大，來壓前支架平均工作壓力約為26MPa，來壓后58-75支架間壓力迅速上升到35MPa以上。至初次來壓結束，43-96#架間所有支架立柱安全閥均出現開啟現象，既表現壓力達到最大值40MPa。

3 工作面周期來壓分析

3.1 周期來壓計算方案

為了更準確的反映15103工作面頂板周期來壓步距，將工作面支架按編號分為10個測區，1#測區：3#、8# 支架；2# 測區：15#、18#、23# 支架；3# 測區：33#支架、35#支架、38#支架；4#測區：43#支架、45#支架、48#支架；5#測區：63#支架、65#支架、68#支架；6#測區：73#支架、75#支架、78#支架；7#測區：93#支架、95#支架、98#支架；8#測區：103#支架、105#支架、108#支架；9#測區：123#支架、125#支架、128#支架；10#測區：130#支架、133#支架、136#支架。選取45天左右的數據，以每天24h中大于10MPa的數據取平均作為該支架當天的平均值，并以所有時間段內的平均值作為該支架整體的平均值。