淺析大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

張衛(wèi)強(qiáng)

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司 , 山西 壽陽 045400)

1 工程概況

目標(biāo)礦井位于山西省，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為180萬t，主采的9203工作面屬于典型的大采高綜采工作面，工作面長(zhǎng)度為350 m，傾角平均為4°，煤層平均厚度為7.5 m，采高7 m，頂板的管理方式為自然垮落法。工作面頂?shù)装宓南嚓P(guān)情況如圖1所示。

圖1 9203工作面頂?shù)装寤厩闆r

2 礦山壓力觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

2.1 觀測(cè)工具

礦山壓力測(cè)定主要通過在9203工作面現(xiàn)階段使用的液壓支架上安裝壓力傳感器實(shí)現(xiàn)，壓力傳感器安裝完畢后，通過專用網(wǎng)線將測(cè)量數(shù)值傳送至中央控制中心，此時(shí)所顯示的數(shù)值即為液壓支架初撐力[2]。當(dāng)目標(biāo)工作面完成一個(gè)生產(chǎn)循環(huán)后，后續(xù)操作過程中得到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)液壓支架最大工作阻力值。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

由于9203工作面為主采工作面，應(yīng)當(dāng)在開采初期確定其頂板初次來壓以及周期來壓數(shù)值，從而確保工作人員能夠充分掌握巷道頂?shù)装宓牡V壓顯現(xiàn)特征，進(jìn)而為后續(xù)礦壓防治工作的開展提供指導(dǎo)。

在9203主采工作面內(nèi)共布置3條礦山壓力監(jiān)測(cè)線路，分別位于目標(biāo)工作面的上部、中部及下部，壓力傳感器均勻布置。其中，上部的監(jiān)測(cè)線路中分別在20、21及22號(hào)的大采高綜采液壓支架上安裝壓力傳感器。中部的測(cè)點(diǎn)分別布置于49、50及51號(hào)液壓支架上。下部的測(cè)點(diǎn)分別布置于112、113及114號(hào)液壓支架上以監(jiān)測(cè)礦山壓力變化情況。與此同時(shí)，為更加高效且準(zhǔn)確地觀測(cè)目標(biāo)工作面上覆巖層的初次來壓及周期來壓情況，需要進(jìn)一步明確監(jiān)測(cè)周期。結(jié)合目標(biāo)礦井前期礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果，距離工作面端部約為10 m范圍的礦山壓力變化情況應(yīng)當(dāng)每天監(jiān)測(cè)1次；當(dāng)工作面推進(jìn)至10 m以外時(shí)，由于頂板逐漸暴露，對(duì)應(yīng)的上覆巖層將會(huì)出現(xiàn)一定程度的初次來壓，因此，這一開采時(shí)間范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加。隨著工作面的不斷推進(jìn)，工作面上覆巖層將會(huì)出現(xiàn)不同程度的周期來壓與初次來壓，而這一時(shí)間范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻率一般應(yīng)當(dāng)每半小時(shí)1次，同時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)當(dāng)延長(zhǎng)至本次來壓結(jié)束、下次來壓之前，整個(gè)階段的礦山壓力連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)當(dāng)不少于兩天[3]。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 上覆巖層初次來壓規(guī)律分析

通過對(duì)目標(biāo)礦井9203主采工作面布置的3條監(jiān)測(cè)線獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明：當(dāng)目標(biāo)工作面推進(jìn)至距離端頭30 m距離時(shí)，監(jiān)測(cè)線路中監(jiān)測(cè)到的工作阻力大于30 MPa的液壓支架數(shù)量隨著推進(jìn)距離的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。當(dāng)工作面推進(jìn)至距離端頭37 m位置處時(shí)，可以明顯聽到上覆巖層發(fā)出輕微斷裂聲，此時(shí)對(duì)應(yīng)支架監(jiān)測(cè)的工作阻力值大于30 MPa的支架數(shù)量可達(dá)35臺(tái)。通過與目標(biāo)礦井之前的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比可知，這一推進(jìn)點(diǎn)處的壓力變化情況最為顯著，此時(shí)對(duì)應(yīng)的上覆巖層壓力也呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，表明目標(biāo)工作面上覆巖層基本頂出現(xiàn)了一定程度的斷裂，此時(shí)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)工作面初次來壓相關(guān)現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)目標(biāo)工作面開切眼寬度為8 m時(shí)，對(duì)應(yīng)9203主采工作面上覆巖層的初次來壓步距值可以達(dá)到37 m。在工作面的持續(xù)推進(jìn)過程中，當(dāng)推進(jìn)距離達(dá)到50 m時(shí)，對(duì)應(yīng)區(qū)域范圍內(nèi)工作阻力值小于30 MPa的液壓支架數(shù)量明顯減少，最終工作阻力穩(wěn)定的液壓支架數(shù)量基本維持在10臺(tái)左右。由此可知，當(dāng)工作面推進(jìn)至50 m的目標(biāo)區(qū)域范圍時(shí)，初次來壓基本結(jié)束。結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)監(jiān)測(cè)結(jié)果，9203主采工作面初次來壓的持續(xù)時(shí)間基本上可達(dá)18 h。通過對(duì)目標(biāo)工作面范圍內(nèi)的液壓支架阻力變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，隨著工作面的不斷推進(jìn)，支架工作阻力小于30 MPa的液壓支架數(shù)量隨著推進(jìn)距離明顯增加，大于30 MPa工作阻力的液壓支架數(shù)量明顯減少，二者取平均值可以初步計(jì)算得到目標(biāo)工作面上覆巖層初次來壓步距為40 m。

3.2 上覆巖層周期來壓規(guī)律分析

工作面上覆巖層初次來壓結(jié)束后，對(duì)于位于工作面上部、中部及下部的礦山壓力觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)及分析。通過對(duì)連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)的4次周期來壓情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，液壓支架的阻力值表現(xiàn)出不同程度的變化， 安裝了壓力傳感器的9臺(tái)液壓支架的壓力值變化相對(duì)較為顯著，基本能夠反映目標(biāo)工作面的礦山壓力變化規(guī)律。對(duì)9臺(tái)液壓支架工作阻力變化值分別取平均值，其對(duì)應(yīng)的來壓步距值如圖2所示。

圖2 各液壓支架對(duì)應(yīng)平均來壓步距

由圖2可知，9203工作面上覆巖層的周期來壓具的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 3條監(jiān)測(cè)線路的周期來壓步距監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，位于中部監(jiān)測(cè)線路的周期來壓步距值相對(duì)較高，整體分布較均勻且整體變化穩(wěn)定，基本維持在24 m左右。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋蟛筛呔C采工作面巷道中部周期來壓主要受其開采過程中前方支承壓力的影響，不會(huì)受周邊圍巖穩(wěn)定性的影響。因此，巷道中部的周期來壓變化較為穩(wěn)定，同時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)值相對(duì)較高。

2) 位于工作面上部、下部的兩條監(jiān)測(cè)線的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，上述兩個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的工作面上覆巖層的周期來壓步距值均小于中部監(jiān)測(cè)到的周期來壓步距值。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋挥谙锏理敳恳约暗撞康木C采工作面常位于與軌道巷及運(yùn)輸巷交接的位置，這一范圍接近安全出口且受到前方支承壓力影響較弱[4]。同時(shí)，工作面頂端以及底部的周期來壓變化相對(duì)較小。由圖2中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，第二次周期來壓時(shí)的工作面上部測(cè)量以及下步測(cè)量得到的周期來壓步距值分別為14.26 m和8.69 m，而中部監(jiān)測(cè)到的周期來壓步距值可達(dá)25 m。

3) 通過對(duì)圖2中顯示的4次來壓過程中的周期來壓步距變化規(guī)律進(jìn)行分析可知，目標(biāo)工作面上覆巖層的周期來壓步距值為25 m。

4 結(jié) 語

通過對(duì)山西某煤礦9203大采高綜采工作面進(jìn)行礦壓監(jiān)測(cè)分析可知，目標(biāo)工作面所處區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，9203大采高綜采工作面上覆巖層的初次來壓步距值為40 m，對(duì)應(yīng)的周期來壓步距值為25 m。其次，在進(jìn)行周期來壓步距的計(jì)算過程中，由于位于巷道頂部和底部的區(qū)域經(jīng)常與運(yùn)輸巷相連接，因此很容易導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)所監(jiān)測(cè)到的周期來壓步距值均小于中部監(jiān)測(cè)到的步距值。