麥捷煤礦綜放工作面礦壓顯現實測分析

（山西潞陽煤炭投資經營管理有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司150506綜放工作面位于井田新區中部，工作面北面為150502采空區，南面為實體煤，西面為井田邊界，東面為三條大巷（15#南回風大巷、15#南皮帶大巷、15#南軌道大巷）。工作面走向長度205m，傾斜長度817m，開采15#煤層，煤層厚度6.1～6.70m，多含一層泥巖（0.2 m），平均煤厚6.40m，煤層頂板為石灰巖、粉砂巖、砂質泥巖，底板為泥巖、砂質泥巖。

15506工作面采用綜合機械化放頂煤開采，采煤機割煤高度為2.8m，放頂煤高度為3.6m，采放比為1：1.29，采煤機截深為0.8m，工作面采煤機型號為MG300/730-1.1D，工作面液壓支架型號為ZF4800/17/33，初撐力為3450 kN，工作阻力為4800 kN，另外工作面兩端布置有端頭支架各三組，型號ZFG6500/21/36，工作阻力6500 kN，端面距為0.34 m。

為掌握15#煤層綜放工作面的礦壓顯現特征，決定對150506綜放工作面礦壓顯現規律進行實測分析。

2 支架工作阻力實測

為掌握150506綜放工作面回采期間的礦壓顯現規律，決定對液壓支架工作阻力進行監測作業。監測方案劃分為工作面上部、中部及下部。其中工作面上部監測20#、24#液壓支架；工作面中部監測56#、60#液壓支架；工作面下部監測86#、90#液壓支架。根據監測數據，能夠得出液壓支架工作阻力與工作面開采長度之間的關系，進而得出工作面回采期間上覆巖層的運動規律。根據監測數據可知，工作面上部、中部及下部區域內液壓支架的工作阻力表現為相同的趨勢。現以20#、60#和90#支架分別代表工作面上部、中部及下部區域，分析其工作阻力，總結其礦壓顯現規律。

1）工作面上部區域

根據工作面回采期間工作面上部20#和24#液壓支架的工作阻力曲線可知，曲線基本保持一致，現具體以回采期間20#支架的工作阻力進行分析，其循環末阻力與時間加權阻力見圖1。

圖1 20#液壓支架工作阻力曲線

分析圖1可知，150506工作面回采期間，上部區域的平均周期來壓步距為16.9m，來壓的影響范圍約為5.5m，在來壓期間，支架的循環末阻力和時間加權工作阻力的平均值分別為3566 kN和3384 kN，分別占到支架額定工作阻力的74.2%和70.5%；平均動載系數分別為1.19和1.21。

2）工作面中部區域

根據工作面回采期間工作面中部56#和60#液壓支架的工作阻力曲線可知，曲線基本保持一致，現具體以回采期間60#支架的工作阻力進行分析，其循環末阻力與時間加權阻力曲線見圖2。

圖2 60#支架工作阻力曲線

分析圖2可知，150506工作面中部的平均來壓步距為22m，中部基本頂周期來壓時，平均的影響范圍約為7.9m，在來壓過程中，支架的循環末阻力和時間加權阻力分別為3802.9 kN和3356.7 kN，分別占到支架工作阻力的79.2%和69.9%，平均動載系數分別為1.17和1.19。

3）工作面下部區域

根據工作面回采期間工作面下部86#和90#液壓支架的工作阻力基本保持一致，現具體以回采期間90#支架的運行狀況進行分析，其循環末阻力與時間加權阻力見圖3。

圖3 90#液壓支架工作阻力曲線

分析圖3可知，工作面回采期間，下部區域周期來壓平均步距約為16.4m，來壓的平均影響范圍約為5.7m，工作面來壓過程中，液壓支架的循環末阻力和時間加權平均阻力分別為3881.8 kN和3521.1 kN，其分別占到支架額定工作阻力的80.8%和73.3%；平均動載系數分別為1.32和1.37。

基于上述分析，150506工作面回采期間工作面上部、中部及下部區域基本頂的周期來壓步距分別為16.9m、21.9 m和16.4m，工作面平均來壓步距為18.4 m；工作面中部周期來壓的平均影響范圍相對較大，平均約為7.9m，工作面兩端頭支架周期來壓的影響范圍相對較小，平均約為5.6m，工作面整體的平均周期來壓步距為18.4m，整體周期來壓的平均影響范圍為6.36 m；支架的動載系數表現為工作面兩端頭大、中部小的特征。

3 支承壓力實測

3.1 原巖應力確定

為分析掌握工作面回采期間，支承壓力的分布規律，現計算工作面原巖應力的大小[1-2]，視上覆巖層的重量為原巖應力，表達式為：σ=γH。

根據工作面平均埋深為328m，結合覆巖特征區上覆巖層的平均體積力為25 kN/m3，具體代入上式中計算得出，150506工作面的原巖應力為8.2MPa。

3.2 超前支承壓力實測

為掌握150506工作面回采期間超前支承壓力的分布規律，現采用在單體液壓支柱上安設壓力計的方式進行監測分析[3-4]，在工作面運輸順槽與回風順槽超前工作面60m的位置處分別布置一個測站。

根據測站的監測結果，能夠得出工作面回采期間，進風順槽和回風順槽內單體柱的壓力曲線見圖4。

圖4 單體柱壓力曲線

分析圖4可知，單體柱的壓力數值隨著距離工作面距離的減小表現為先增大后減小的趨勢，運輸順槽順槽內的單體柱的壓力在距工作面煤壁約50m的位置處開始逐漸增大，一直增大到單體柱距工作面煤壁13m的位置，其中在單體柱距離工作面13～24m的范圍內，單體柱壓力的增幅較大，單體柱壓力在距工作面煤壁13m的位置為最大值，為16.3MPa，單體柱距工作面0～13m的范圍壓力逐漸減小；回風順槽內單體柱隨著距工作面煤壁距離的減小，同樣表現為先增大后減小的趨勢，單體柱壓力的峰值在距離工作面煤壁12m的位置，為16.3MPa。

基于上述分析，150506工作面的超前支承壓力范圍為超前工作面50m的范圍，超前支承壓力的峰值在工作面前方約13m的位置，支承壓力的集中系數為1.8～1.9。

3.3 側向支承壓力實測

為掌握15056工作面側向支承壓力，在工作面回采期間，在運輸順槽煤柱布置監測站，測站布置在超前工作面70m的位置，通過在煤柱內安裝鉆孔應力計的方式進行監測作業[5]，在煤柱深度3～13m范圍內安設，鉆孔應力計每間隔2 m一個，安裝到煤柱13 m深度的位置處，共計安裝5個鉆孔應力計，均垂直于煤柱幫部安設，具體側向支承壓力監測站布置形式見圖5。

圖5 側向支承應力監測站布置

根據工作面回采期間的監測數據，現具體以測站距離工作面40 m和20m時側向支承壓力的數據進行分析，具體曲線見圖6。

圖6 工作面側向支承壓力曲線

分析圖6可知，當側向支承壓力測站與工作面煤壁距離為40m時，此時側向支承壓力的最大值在距離采空區側7m的位置，其值為9.5MPa；隨著工作面回采作業的進行，當測站與工作面煤壁之間的距離為20m時，此時側向支承壓力的最大值同樣在距煤柱采空區側7m的位置，其值為10.6MPa，據此可知側向支承壓力的集中系數為1.16～1.29，煤柱極限平衡區的范圍為0～7m，且側向支承壓力峰值位置相對穩定。

4 結語

根據150506工作面的地質條件，通過監測工作面回采期間的液壓支架的工作阻力，得出工作面周期來壓平均步距為18.4m，液壓支架的動載系數表現為工作面兩端頭大、中部小的特征；通過現場實測得出工作面超前支承壓力影響范圍為0～50m，支承壓力的峰值在工作面前方約13m的位置，集中系數為1.8～1.9；側向支承壓力峰值在在距煤柱采空區側7m的位置，集中系數為1.16～1.29。