大采高300 m長(zhǎng)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

姜 濤

(山西長(zhǎng)平煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 高平 048411)

1 工作面概況

某礦5312工作面走向長(zhǎng)度為1 749.28 m，傾向長(zhǎng)度為301.5 m，煤層平均厚為5.35 m. 采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式，工作面巷道布置示意圖見圖1.

圖1 5312工作面巷道布置示意圖

2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

2.1 工作面初次垮落特征

2.1.1直接頂初次垮落

工作面自2015年11月29日開始進(jìn)行試生產(chǎn)，由于生產(chǎn)安排，該工作面初期回采斷斷續(xù)續(xù)，2015年12月29日工作面83#—123#支架后方直接頂開始冒落，并逐漸向兩端頭延伸，支架阻力有明顯增大，持續(xù)時(shí)間兩天。工作面直接頂初次來壓不同步特征較為明顯，其中工作面中部直接頂來壓步距最小，平均18.75 m，工作面上部平均21.3 m，工作面下部平均20.25 m，整面平均20.1 m，動(dòng)載系數(shù)平均1.3.

2.1.2基本頂初次垮落

工作面自2016年1月15日停產(chǎn)兩個(gè)月，2016年3月16日重新開始生產(chǎn)。2016年3月18日夜班工作面中部頂板發(fā)出斷裂響聲，支架阻力快速升高，中部支架后方有大塊矸石滾落，預(yù)示該工作面基本頂初次破斷，截止到2016年3月21日，整面支架工作阻力開始明顯回落，工作面初次來壓結(jié)束，由于工作面每天只有一班生產(chǎn)，整個(gè)來壓時(shí)間持續(xù)3天左右。

支架阻力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，工作面上部基本頂初次垮落步距平均45.5 m；工作面中部基本頂初次垮落步距平均40.9 m；工作面下部基本頂初次垮落步距平均42.1 m；工作面基本頂平均初次垮落步距42.2 m；動(dòng)載系數(shù)平均1.41，來壓并不強(qiáng)烈；整面基本頂初次來壓不同步特征較為明顯，中部最小、下部次之、上部最大。

2.2 工作面周期來壓特征分析

工作面在回采過程中，基本頂會(huì)發(fā)生周期性的破斷，即產(chǎn)生周期來壓現(xiàn)象。基本頂周期來壓步距和動(dòng)載系數(shù)見表1，表2.

表1 基本頂周期來壓步距統(tǒng)計(jì)表

表2 基本頂動(dòng)載系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)過對(duì)整個(gè)回采過程的統(tǒng)計(jì)，得出工作面上部基本頂來壓步距平均12.7 m，動(dòng)載系數(shù)平均1.36；工作面中部基本頂來壓步距平均10.6 m，動(dòng)載系數(shù)平均1.35；工作面下部基本頂來壓步距平均12.0 m，動(dòng)載系數(shù)平均1.41. 由此可以看出，工作面基本頂周期來壓整面不同步特征較為明顯，其中工作面中部基本頂周期來壓步距最小，兩端頭頂板周期來壓步距基本相當(dāng)，上部略大于下部。

綜上所述，任務(wù)的定價(jià)與任務(wù)位置聚類中心越近，價(jià)格越低；而相對(duì)中心越遠(yuǎn)，價(jià)格越高．同時(shí)任務(wù)價(jià)格對(duì)任務(wù)的執(zhí)行情況有直接影響，任務(wù)價(jià)格越高，任務(wù)分布越密集的地點(diǎn)，任務(wù)完成度就越高．任務(wù)未完成應(yīng)該是該任務(wù)價(jià)格較低，或該任務(wù)所在地點(diǎn)任務(wù)點(diǎn)密度較低所導(dǎo)致的．

2.3 工作面超前支承壓力分布規(guī)律

根據(jù)巷道超前觀測(cè)數(shù)據(jù)，以單體柱距離工作面煤壁距離為橫坐標(biāo)，以單體柱阻力為縱坐標(biāo)，繪制工作面超前支護(hù)阻力曲線圖，見圖2.

圖2 超前支護(hù)阻力曲線圖

通過分析圖2得到5312工作面超前支承壓力具有以下特點(diǎn)：

1) 整體而言，單體支柱載荷隨著距工作面距離不斷減小，其值呈上升趨勢(shì)；工作面前方30～65 m，其壓力變化不大，單體支柱工作阻力為11～13 MPa；工作面前方30 m內(nèi)，單體支柱工作阻力從13 MPa緩慢上升，升幅變化平緩，相比較而言，53121巷支柱載荷較大些。

2) 單體柱載荷分別在工作面前方14.3 m和15.5 m處達(dá)到最大值；由兩巷的觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，超前支承壓力的影響范圍主要在工作面前方50 m范圍。

2.4 巷道變形結(jié)果分析

通過在巷道內(nèi)布置測(cè)點(diǎn)，得出巷道頂?shù)装遄冃螖?shù)據(jù)。經(jīng)過綜合分析巷道頂?shù)装遄冃螖?shù)據(jù)，將巷道變形規(guī)律依照頂?shù)装遄冃嗡俣群蛢蓭鸵平俣却笮澐譃?個(gè)階段：

1) 未受采動(dòng)影響階段。該階段位于超前工作面55.2 m之外，在這一階段巷道圍巖移動(dòng)速度較小，頂?shù)装逡平俣炔怀^10 mm/d，說明此階段內(nèi)巷道受采動(dòng)影響較小。

2) 采動(dòng)影響階段。該階段位于超前工作面55.2～25 m，這一階段巷道頂?shù)装逡平俣纫话悴怀^35 mm/d；兩幫移近速度一般不大于10 mm/d.

3) 采動(dòng)影響劇烈階段。該階段位于超前工作面25 m的范圍內(nèi)，這一階段巷道頂?shù)装逅俣茸畲罂蛇_(dá)75 mm/d，最大變形量可達(dá)370 mm. 分析巷道變形劇烈增加的原因是回采巷道受到回采動(dòng)壓的強(qiáng)烈影響。

3 工作面長(zhǎng)度增加對(duì)礦壓顯現(xiàn)的影響分析

該礦5310工作面走向長(zhǎng)度為2 559.66 m，傾向長(zhǎng)度為251 m，煤層平均厚度為5.75 m，煤層傾角平均為6°. 回采工藝與5312工作面相同。

3.1 來壓特征對(duì)比分析

為了能夠更清楚的對(duì)工作面加長(zhǎng)后對(duì)工作面礦壓的影響，將5312工作面礦壓特征與5310工作面礦壓情況進(jìn)行對(duì)比分析，見表3.

表3 來壓特征對(duì)比分析表

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，工作面長(zhǎng)度由250 m增加至300 m后，基本頂初次垮落步距會(huì)相應(yīng)的減小，但由表3可知，5312工作面直接頂和基本頂初次垮落步距比5310工作面略大，其原因主要是5312初采期間煤層厚度僅有3.5 m左右，遠(yuǎn)低于5310工作面5.75 m的采高。5312工作面基本頂周期來壓步距較5310工作面減小18%，來壓動(dòng)載系數(shù)對(duì)比情況基本一致。

3.2 超前支承壓力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比分析

5310工作面現(xiàn)場(chǎng)通過安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)對(duì)超前壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)，分析觀測(cè)結(jié)果得出超前支承壓力的峰值在5.2～7.6 m，煤壁至峰值區(qū)為應(yīng)力減少區(qū)域。5310工作面峰值為18.5 MPa，5312工作面峰值為21.8 MPa.

通過對(duì)比分析工作面長(zhǎng)度由250 m增加到300 m后的超前支承壓力分布規(guī)律，得出當(dāng)工作面長(zhǎng)度增加到300 m后，峰值大小增大了17.8%.

3.3 巷道變形實(shí)測(cè)對(duì)比分析

5310工作面通過“十”字布點(diǎn)法測(cè)量巷道變形得到巷道變形規(guī)律，5310巷道與5312巷道變形規(guī)律的對(duì)比分析見表4.

表4 巷道變形規(guī)律對(duì)比分析表

比較巷道變形規(guī)律可知，工作面長(zhǎng)度由250 m加長(zhǎng)至300 m之后，工作面采動(dòng)影響劇烈區(qū)域范圍增大了34.4%，采動(dòng)影響區(qū)域范圍增大26.8%，巷道頂?shù)装遄畲笠平吭龃?6.3%，頂?shù)装遄畲笠平俣仍龃?1.5%。可見，工作面長(zhǎng)度的增加導(dǎo)致巷道變形劇烈。

4 結(jié) 論

通過對(duì)比分析5312加長(zhǎng)工作面與5310工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果得出，工作面加長(zhǎng)后，工作面基本頂周期來壓步距減小18%；比較超前支承壓力分布情況，可得到工作面加長(zhǎng)后，超前支承壓力峰值增大了17.8%. 比較巷道變形情況，可得到工作面加長(zhǎng)后，巷道變形明顯劇烈。