石圪臺煤礦淺埋深薄煤層工作面礦壓顯現規律研究

曹榮榮

(神東煤炭集團 石圪臺煤礦， 陜西 榆林 719000)

神府東勝礦區為我國重要的能源基地，隨著開采規模的不斷擴大，一些埋藏條件較好的礦區率先回采完畢，薄煤層開采逐漸成為了該礦區面臨的新問題。該礦區大量的煤層埋深在0～100 m，為典型的淺埋深礦區[1-2]. 因此，掌握淺埋深薄煤層綜采工作面礦壓顯現規律，對于實現該礦區安全生產及后續薄煤層回采具有重要意義。以石圪臺煤礦12402淺埋薄煤層綜采工作面為背景，通過現場實測礦壓，分析了該工作面礦壓顯現特征，為該礦及周邊類似采高礦井安全回采提供科學的指導意義。

1 工作面概況

石圪臺煤礦位于陜西省神木市境內，12402綜采工作面位于石圪臺井田12煤四盤區，煤層埋深70～90 m，工作面東、北側為12304短壁回采區，西側為12401采空區，南側為大渠一礦采空區。工作面長度338 m，推進長度481.5 m，工作面布置197臺DBT8 824/17/3 535液壓支架。12402工作面基本頂為粉砂巖、風積沙、12上煤、細粒砂巖，平均厚度14.5 m；直接頂為粗粒砂巖、粉砂巖、中粒砂巖，平均厚度4.3 m；直接底為泥巖、粉砂巖、細粒砂巖，平均厚度4.6 m. 回采面積為16.3萬m2，煤層厚度為2.7～3.2 m，平均2.9 m，設計采高2.9 m. 工作面布置見圖1.

圖1 12402工作面布置示意圖

2 礦山壓力監測方案

12401工作面共197臺支架，將工作面分為上、中、下3個重點區域對支架工作阻力進行分析，上部區域選取30#、60#，中部區域選取90#、120#，下部區域150#、180#進行研究。每臺支架都安設有2個壓力傳感器，分別檢測左右兩立柱的實時壓力，并通過工作面電纜將每臺支架的最大壓力傳輸到控制臺KTC150-Z主控制器顯示屏。

將收集到的數據，利用offic軟件制作成曲面圖表，把圖表中的最低壓力設為5 000 kN，每隔500 kN用一種顏色表示，顏色越深表示頂板壓力越大。通過在連續的工作面上不同的顏色深淺顯示頂板壓力的大小，可更直觀地看出頂板巖層的活動和周期來壓的步距，為研究提供方便[3]. 人工記錄工作面頂板來壓期間的煤壁片幫程度、頂板漏矸、支架立柱下沉、安全閥開啟程度等，與頂板壓力曲面圖相結合，共同分析總結綜采工作面周期來壓規律。

3 礦壓監測結果

3.1 直接頂的初次垮落

工作面推進15 m時，采空區頂板開始垮落，34#—130#架、160#架—機尾垮落厚度0.2～1 m；130#—160#架垮落厚度0.1～0.2 m，采空區垮落頂板為大塊狀，且垮落高度較小。工作面推進33 m時，除機頭3架未垮落，其余部分均已垮落，垮落頂板呈現大塊狀，垮落高度0.3～0.4 m.

3.2 基本頂初次來壓

初采期間工作面采高2.9～3.0 m. 工作面推進至25.3 m時，40#—90#架來壓，壓力7 000～7 500 kN，壓力持續3刀后結束，基本頂初次來壓步距為27.7 m. 來壓時支架壓力現象不明顯，安全閥無開啟，支架立柱無下沉，40#—90#架局部煤壁片幫厚度100～200 mm，工作面漏矸200～300 mm. 采空區內除兩端頭3#架范圍內頂板未垮落外，其余位置均已垮落，且垮落較密集。工作面氣體正常，采空區無涌水，頂板有少量淋水。地表出現裂隙，裂隙寬度0.3～1 cm，裂隙滯后工作面1.4 m，地表裂隙圖見圖2.

圖2 地表裂隙圖

3.2 周期來壓

1) 來壓特點分析。

為了便于來壓特征分析，將工作面分為上、中、下3個重點區域對支架工作阻力進行分析，利用支架立柱監測儀對工作面來壓前后支架立柱行程進行測量。7次周期來壓期間3個測區支架壓力及立柱行程見表1.

表1 各測區支架阻力及立柱行程表

由表1可以看出，工作面周期來壓期間支架工作阻力中部要明顯大于兩端，工作面各部來壓期間頂板均未出現明顯下沉現象，與現場礦壓顯現相同，并未出現強烈的來壓顯現。

2) 周期來壓步距。

由于工作面傾向較長，工作面各部位來壓步距并不同步，選取其中5次周期來壓對各測區周期來壓步距進行分析，具體步距見表2.

由表2可知，工作面周期來壓步距呈現中部略大于兩端頭的現象，周期來壓步距集中在10～14 m，平均11.5 m.

3.3 支架適應性分析

將工作面分為上、中、下3個重點區域對支架工作阻力進行分析。支架工作阻力頻率分布是由支架工作阻力在不同區間的百分比來確定，用來分析支架的工作狀況。12402工作面初采至末采貫通共計割煤556刀，因此采集到556組壓力數據，現將回采整個觀測期間所采集的支架工作阻力數據進行整理，各個支架工作阻力的頻率分布情況見表3.

表2 工作面各測區周期來壓步距表

從表3可以看出，工作面各部位支架工作阻力主要集中在低阻力和正常阻力區域。支架工作阻力的主要分布區間為低阻力區域占55.4%. 正常阻力區域占31.4%，高阻力區域占11.1%，大于8 824 kN僅占1.6%，可以忽略不計，充分說明支架已經最大限度地發揮了其性能。根據各區段來壓頻次可以看出，該套支架完全可以滿足工作面生產需求。整個工作區間中部壓力大于兩端頭，高阻力區域更多的發生在工作面中部，兩端頭支架工作阻力較小，來壓強度較弱。在工作面整個生產過程中，工作阻力主要集中在5 096～6 468 kN，現有支架完全能夠滿足工作面的正常生產需求，支架選擇合適。

4 結 論

通過對石圪臺煤礦12402淺埋深綜采工作面礦壓顯現規律研究，可得到以下結論：

表3 各區域支架工作阻力頻率統計表

1) 工作面基本頂初次來壓步距為27.7 m，現場來壓不明顯。

2) 工作面周期來壓步距、來壓強度，均呈現中部大于兩端頭的現象，且來壓期間礦壓顯現不明顯，未見明顯漏矸、片幫現象。周期來壓步距集中在10～14 m，平均11.5 m.

3) 在工作面整個生產過程中，工作阻力主要集中在5 096～6 468 kN，現有支架完全能夠滿足工作面的正常生產需求，支架選擇合適。