禾草溝煤礦50111綜采工作面來壓觀測與預警

韓 浩

(禾草溝煤業有限公司，陜西 延安 717300)

0 引言

采煤工作面礦山壓力觀測就是定量研究開采過程中礦壓顯現規律，為現場管理提供完善的資料[1-4]，指導工程實踐，解決工程問題。開展礦壓觀測可以掌握采煤工作面上覆巖層移動規律、回采空間圍巖與支架相互作用關系，探究采動引起的支撐壓力分布，尋求搞好工作面頂板管理的有效措施[5-6]。為此，對正在使用的支架適應性進行考察，即從頂板控制出發，對在既定條件下使用支架的架型、參數、特性和支護效果提出評定性意見；此外，可以根據圍巖條件及支撐壓力分布來確定工作面巷道斷面形狀、規格及支架參數，煤壁前方巷道超前維護距離；最后，根據工作面測定的周期來壓步距來預測停采位置頂板壓力，使停采位置避開周期來壓以利于回收工作的開展。

1 工程背景

禾草溝煤礦50111工作面北鄰已采50109工作面，南鄰50113工作面未采區。所采煤層為5號煤，直接頂為油頁巖，老頂為細粒砂巖，該工作面目前所采位置埋深220～270 m，煤層厚度2.42～2.49 m，煤層傾角0°～3°，無斷層及地質構造，水文條件相對簡單，其工作面布置圖如圖1所示。50111工作面為綜采工作面，機頭端支架選用4架北煤ZYT8600/16/33D型液壓支架端頭支架，機尾選用3架北煤ZYG8600/16/33D型液壓端頭支架，該支架初撐力5 066 kN，支架工作阻力8 600 kN；中間基本支架145架，型號是北煤ZY8600/15/28型液壓支架，支架寬度為1 750 mm，移架步距為800 mm，該支架初撐力為5 066 kN，支架工作阻力為8 600 kN，工作面采用自然跨落法管理頂板。

圖1 50111工作面布置圖

2 礦壓觀測分析

2.1 觀測內容

根據禾草溝煤業50111工作面的具體情況，并考慮到觀測的可行性，決定本次礦壓觀測的主要內容為工作面支架支護載荷及工作面回風順槽頂板離層儀的觀測。工作面支架支護載荷的觀測是采煤工作面礦壓觀測的重要部分，其觀測結果是確定頂板來壓特征的重要依據[7-8]，包括老頂周期來壓特征及來壓強度，其目的在于掌握所觀測工作面的圍巖運動規律，為頂板分類、支架選型、確定頂板控制措施、確定停采線位置提供可靠依據[9-12]。工作面回風順槽頂底板移近量時確定超前段應力集中區域、確定超前段支護距離，保證工作面安全生產。通過支架支護載荷的觀測可以確定基本頂初次來壓步距、頂板壓力的大小、周期來壓歩距，通過回風順槽頂板離層儀確定超前段應力集中區域、超前支護距離。基于觀測結果，對工作面有關礦壓顯現規律進行分析，從而指導末采停采線位置。

2.2 礦壓觀測結果與分析

圖2 工作面上部選取支架工作阻力測定結果

圖3 工作面中上部選取支架工作阻力測定結果

圖4 工作面中下部選取支架工作阻力測定結果

3 周期來壓預測及安全預警

根據井下實測數據見表1～4，分析可得工作面來壓步距如下。

表1 工作面上部選取支架來壓歩距統計 單位:m

表2 工作面中上部選取支架來壓歩距統計 單位:m

表3 工作面中下部選取支架來壓歩距統計 單位:m

表4 工作面下部選取支架來壓歩距統計 單位:m

圖5 工作面下部選取支架工作阻力測定結果

工作面上部選取支架周期來壓平均歩距為11.19 m；工作面中上部選取支架周期來壓平均歩距為10.62 m；工作面中下部支架周期來壓平均歩距為10.94 m；工作面下部支架周期來壓平均歩距為10.99 m。整個工作面周期來壓步距在8.5～13.6 m之間，平均步距10.8 m。工作面整體來壓強度較低，來壓時工作面中下部100#支架周圍煤壁片幫現象較為嚴重，推進過程中回風巷壓力顯現較為明顯，頂板最大離層變化量為20 mm/d。根據工作面正常回采期間周期來壓分析，工作面預定鋪網位置(推進度1 356 m)處可進行正常工作，工作面預定停采位置線(1 368 m)不處于周期來壓期間位置，因此可根據事先預定停采線位置停采。預測周期來壓位置如圖6所示，黑色區域代表預測周期來壓位置。

圖6 工作面周期來壓預測圖

4 結論

(1)工作面采動應力影響下，依據現場實測數據繪制支架隨推進距離的阻力曲線圖，得出支架平均阻力范圍約2 571～2 851.03 kN，依據來壓計算公式推算出不同階段的周期來壓大小為3 006.90～3 155.54 kN。

(2)依據實測支架阻力的峰值位置，推測出實際來壓步距，進一步確定了基本頂破斷周期長度，并對其未開采煤體的周期來壓分布進行預測，形成了多尺度下頂板災害預警系統。

(3)依據50111綜采工作面的周期來壓預測應力圖，在選擇該工作面停采線時巧妙地避開了周期來壓期，最終設定合理的停采線，即工作面的1 386 m位置處。