綜采面過風(fēng)氧化帶礦壓差異性及安全措施

趙志峰

（山西焦煤西山煤電股份有限公司西曲礦，山西 古交 030200）

風(fēng)氧化帶區(qū)域內(nèi)的煤巖層性質(zhì)主要表現(xiàn)為，巖體裂隙發(fā)育明顯、強(qiáng)度較差，承載能力較小，自穩(wěn)定性較弱等特點(diǎn)。綜采工作面過風(fēng)氧化帶區(qū)域時(shí)支護(hù)困難以及安全性問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了很多相關(guān)研究。杜鋒[1]等以百善煤礦風(fēng)氧化帶工作面實(shí)測(cè)的礦壓數(shù)據(jù)為分析依據(jù)，證明了風(fēng)氧化帶上覆巖層具有明顯的分層變異特性，并提出了針對(duì)過風(fēng)氧化帶區(qū)域工作面安全高效開采的解決辦法。宣以瓊、代長(zhǎng)青等[2-3]以大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及開采實(shí)踐為依據(jù)，探討了含水松散層下風(fēng)氧化帶煤層開采時(shí)覆巖破壞運(yùn)移規(guī)律以及實(shí)現(xiàn)安全開采的有效機(jī)理，并提出了在此條件下煤層無基本頂關(guān)鍵層等觀點(diǎn)。王惠兵[4]等對(duì)楊莊煤礦九采區(qū)過風(fēng)氧化帶區(qū)域煤層上覆巖層運(yùn)移及破壞進(jìn)行了預(yù)測(cè)與實(shí)踐。本文以西曲煤礦28301綜采工作面為研究對(duì)象，通過實(shí)測(cè)進(jìn)一步探討綜采工作面過風(fēng)氧化帶時(shí)上覆巖層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，以及與過風(fēng)氧化帶之前的差異性，并給出過風(fēng)氧化帶的安全技術(shù)措施，為綜采工作面過風(fēng)氧化帶開采提供參考。

1 工程概況

28301 綜采工作面位于北三盤區(qū)中部，北鄰28302工作面采空區(qū)（幫對(duì)幫16 m），南鄰28406工作面采空區(qū)（幫對(duì)幫16 m），西鄰西983運(yùn)輸大巷。開采8#煤層，厚度穩(wěn)定，煤厚4.10～4.30 m，平均4.20 m，煤層傾角1°～14°，一般為3°。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中部普遍含有一層泥巖夾石，夾石厚度變化不大。煤層偽頂為泥巖，直接頂板為3.85 m的石灰?guī)r，直接底板為2.08 m 的中粒砂巖，28301 工作面長(zhǎng)185/220 m。采用傾斜長(zhǎng)壁后退式采煤法，一次采全高綜合機(jī)械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板。綜采工作面使用ZY5600液壓支架，共147架。依據(jù)礦井地質(zhì)資料分析，工作面在開采中局部頂板及煤層有風(fēng)化現(xiàn)象，范圍為：沿煤層傾向方向?qū)?8.2～50.4 m，沿煤層走向方向長(zhǎng)190.7～230.3 m，風(fēng)氧化帶范圍內(nèi)直接頂巖性以砂質(zhì)泥巖為主，破碎易冒落。另外，28301工作面沒有火成巖侵入、沖刷帶及煤層分叉等對(duì)煤層開采有影響的隱蔽致災(zāi)因素。

2 綜采工作面過風(fēng)氧化帶礦壓差異性分析

2.1 礦壓實(shí)測(cè)布置方式

在液壓支架上布置應(yīng)力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上覆巖層壓力，利用CDW-60R型礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集壓力傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。液壓支架按測(cè)試區(qū)域分為3組，上測(cè)區(qū)5#～45#液壓支架，中測(cè)區(qū)55#～95#液壓支架，下測(cè)區(qū)105#～145#液壓支架。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析過風(fēng)氧化帶與未過風(fēng)氧化帶時(shí)上覆巖層壓力的變化差異。

2.2 周期來壓步距分析

根據(jù)工作面距離過風(fēng)氧化帶區(qū)域距離以及工作面推進(jìn)速度來確定礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集礦壓數(shù)據(jù)的時(shí)間。于2018年5月1日～6月2日對(duì)過風(fēng)氧化帶之前區(qū)域的上覆巖層進(jìn)行監(jiān)測(cè)。于2018年7月15日～8月10日對(duì)過風(fēng)氧化帶區(qū)域上覆巖層進(jìn)行監(jiān)測(cè)。礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)直接上傳到地面電腦，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，得出兩個(gè)階段時(shí)的周期來壓步距，見圖1。

由圖1可以看出，28301工作面在未過風(fēng)氧化帶之前，周期來壓步距為11.2～13.8 m，平均步距為12.2 m。在風(fēng)氧化帶區(qū)域內(nèi)回采時(shí)，周期來壓步距為9.6～11.3 m，平均步距為10.4 m。過風(fēng)氧化帶時(shí)周期來壓步距有所減小。這說明風(fēng)氧化帶區(qū)域內(nèi)的巖層節(jié)理裂隙發(fā)育嚴(yán)重，孔隙率較大，加上水體長(zhǎng)時(shí)間的腐蝕和軟化，導(dǎo)致巖體強(qiáng)度較低，各方面力學(xué)性能變差，因此周期來壓步距變短。

圖1 綜采工作面周期來壓

2.3 沿工作面傾向、走向礦壓差異性分析

（1）沿工作面傾向礦壓差異性分析

綜采工作面沿工作面傾向往前推進(jìn)的過程中，非周期來壓期間液壓支架平均工作阻力以及周期來壓期間最大工作阻力變化規(guī)律見圖2。3個(gè)測(cè)區(qū)的液壓支架工作阻力測(cè)試數(shù)據(jù)都表現(xiàn)為風(fēng)氧化帶之前區(qū)域小于風(fēng)氧化帶區(qū)域，風(fēng)氧化帶之前區(qū)域煤層上覆巖層表現(xiàn)的動(dòng)載系數(shù)相比風(fēng)氧化帶區(qū)域煤層上覆巖層表現(xiàn)的動(dòng)載系數(shù)要大。從表1可以看出中測(cè)區(qū)液壓支架在風(fēng)氧化帶前以及風(fēng)氧化帶內(nèi)平均工作阻力與最大工作阻力增高系數(shù)分別為1.49和1.20；上測(cè)區(qū)液壓支架在進(jìn)入風(fēng)氧化帶之前時(shí)動(dòng)載系數(shù)為2.31，在風(fēng)氧化帶內(nèi)動(dòng)載系數(shù)為1.65。分析認(rèn)為，風(fēng)氧化帶區(qū)域內(nèi)，煤層上覆巖層的多裂隙性以及自身強(qiáng)度較低的原因，導(dǎo)致整個(gè)巖層形成軟弱層，使周期來壓期間的峰值壓力與非周期來壓期間的壓力得以均化，造成了動(dòng)載系數(shù)變小的情形。

表1 中測(cè)區(qū)支架工作阻力

圖2 28301綜采面沿推進(jìn)方向液壓支架工作阻力變化

（2）沿工作面走向礦壓差異性分析

圖3為沿工作面走向不同階段支架平均工作阻力與最大工作阻力變化規(guī)律圖。由圖3可以看出，無論是過風(fēng)氧化帶前，還是風(fēng)氧化帶內(nèi)回采，支架平均工作阻力與最大工作阻力都表現(xiàn)為中間區(qū)域大于兩邊。兩種情況下支架的初撐力都比較小，個(gè)別支架的工作阻力也普遍偏低，導(dǎo)致支架的支護(hù)效果不明顯。

圖3 28301綜采面沿走向支架工作阻力變化規(guī)律

3 過氧化帶區(qū)域回采安全措施

根據(jù)綜采工作面過氧化帶區(qū)域礦壓規(guī)律分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，綜采工作面過氧化帶時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的安全措施，主要包括：

1）工作面保持正規(guī)循環(huán)，保持“三直兩平”。

2）綜采工作面遇風(fēng)氧化帶時(shí)，必須提前拉架，必要時(shí)采用帶壓擦頂拉架，可以適當(dāng)降低采高，跟頂留底，采高控制在3.6～4.0 m，以保證有效控制頂幫及采煤機(jī)順利通過。頂板破碎處，必須全部提前拉架，必要時(shí)要在支架上用工字鋼或板梁提前挑梁維護(hù)頂板，若頂板特別破碎，出現(xiàn)工作面推過后方頂板直接垮落的情況下，應(yīng)采取人工擴(kuò)幫推進(jìn)的辦法。

3）保證支架接頂嚴(yán)密，支撐有力。加強(qiáng)對(duì)支架檢修，確保支架不竄液，不自動(dòng)卸壓下沉，保證支架初撐力不小于24 MPa。

4）過風(fēng)氧化帶區(qū)域作業(yè)時(shí)必須時(shí)刻觀察周圍環(huán)境，如有異常必須立即停止作業(yè)，采取措施處理完后方可繼續(xù)作業(yè)。

5）移架時(shí)要緩緩降架，幅度要小，使支架梁端緊貼煤壁，支架拉出后及時(shí)打出防片幫板，如片幫嚴(yán)重端面距離超過規(guī)定時(shí)，要及時(shí)采取相應(yīng)解決措施。

6）兩巷頂板破碎時(shí)，超前支護(hù)使用木柱帽代替鐵柱帽，必要時(shí)根據(jù)實(shí)際情況套加工字鋼棚梁或紅松木板梁，打設(shè)單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)。

4 結(jié)語

1）根據(jù)液壓支架監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得出風(fēng)氧化帶之前區(qū)域工作面周期來壓步距為12.2 m，風(fēng)氧化帶區(qū)域周期來壓步距為10.4 m。

2）沿工作面推進(jìn)方向，風(fēng)氧化帶之前區(qū)域回采相對(duì)于風(fēng)氧化帶區(qū)域回采時(shí)，支架平均工作阻力與最大工作阻力增高系數(shù)分別為1.5、1.20，動(dòng)載系數(shù)分別為2.31、1.65。

3）沿工作面走向方向，無論是過風(fēng)氧化帶前，還是風(fēng)氧化帶回采，支架平均工作阻力與最大工作阻力都表現(xiàn)為中間區(qū)域大、兩邊小的特點(diǎn)。