泉店煤礦薄基巖厚度影響頂板變形特征探究

曹廣遠 劉超 郟慧慧

摘 要：為了獲得薄基巖厚度與煤層開采頂底板變形規律的關系，以河南泉店煤礦二1-14020工作面為研究對象，對工作面上、下順槽的移進量進行了現場實測。結果表明：（1）最大頂底板移進量和最大兩幫移進量整體水平上隨基巖厚度增加而減小，但最大兩幫移進量整體變化不如最大頂底板移進量整體變化明顯。（2）頂底板移進量平均增長率和兩幫移進量平均增長率總體隨基巖厚度增加而減小，同時推測在一定基巖厚度區間內，埋深是影響移進量平均增長率的因素之一，且移進量平均增長率與埋深呈正相關關系。（3）基巖厚度大，開采影響范圍相對較小。

關鍵詞：移進量;影響范圍;基巖厚度

1 引言

我國是煤炭大國，賦存著豐富的薄基巖煤炭資源。薄基巖煤層開采通常極易產生嚴重的巷道變形和形成劇烈礦山壓力。現今已有諸多理論或假說如砌體梁假說[1]和關鍵層理論[2]來解釋煤層開采的覆巖活動。薄基巖煤層因其不一定具有承載強度的巖層結構，采煤工作面開采后，覆巖活動更加復雜，研究和掌握覆巖移動變形規律對采場和巷道支護、地表構筑物保護等具有重要意義[3-7]。本文以河南泉店煤礦二1-14020工作面為工程背景，圍繞基巖厚度變化，對薄基巖煤層頂底板變形進行分析，研究基巖厚度與頂底板及兩幫移進關系，以期為順槽的巷道支護設計提供一定的依據和指導。

2 工程背景

泉店煤礦14采區位于泉店煤礦西部，二1煤層露頭帶從西向東延伸，煤層覆巖厚度從北向南逐漸變厚，形成新近系含水層下壓煤。14采區地面標高為+114.9～+118.2m，井下標高為-343.1～-218.5m。地面對應區域西部為新集和李素莊，東部為泉店村，二1煤層露頭帶從西向東延伸，煤層覆巖厚度從北向南逐漸變厚，形成新近系含水層下壓煤。14020工作面位于14采區北側靠近露頭帶二1煤層厚度2.13～7.2m，埋深297～450m，煤層上覆基巖厚度28～120m，煤系為厚層新生界松散層覆蓋。14020工作面北側緊鄰二1煤層露頭，煤層上部覆蓋基巖厚度0～120m，其中淺部30～40m為風化帶。煤系上部為新近系、第四系所覆蓋。本采面回采二疊系下統山西組下部的二1煤層，采面上順槽長度1209m（平距），下順槽長度1248m（平距），采面東側切眼長130m，上巷在掘進到S13點以西40m以外至于西切眼工作面長度56.7m（平距）。研究區工作面基巖等厚線如圖1。

二1-14020工作面使用自由垮落法管理頂板，局部鋪頂網。2018年底已試采約300m，至2019年2月中旬已開推采距離切眼約495m，其中2019年2月中旬至3月中旬停采，2019年3月中旬繼續開采。本次頂底板移進量檢測點布置范圍在上順槽565-1165m尺點范圍內，下順槽465-1165m尺點范圍，每隔50m布置。

3 覆巖變形規律分析

本工作面停采線如圖1所示，其中上順槽停采位置距離切眼約800m，下順槽停采位置距離切眼約820m。上、下順槽內分別每隔50m設置1個測點，主要觀測上、下順槽各測點頂底板及兩幫隨工作面推進過程的移進量變化，監測數據截止到上順槽推進至783.5m，下順槽推進至801.3m。

3.1 最大移進量變化規律

根據已取得的監測點移進量數據，上、下順槽的最大頂底板移進量及最大兩幫移進量分別如圖2、圖3所示。

由圖可知，最大兩幫移進量整體水平總體比最大頂底板移進量稍大。此外除下順槽最大移進量在815m處遠高于附近位置外，上、下順槽在865m以外最大頂底板移進量及最大兩幫移進量均處于低水平狀態，反映了未開采區域受開采影響較小，而在開采區域內（上順槽783.5m以內，下順槽801.3m以內），上、下順槽的最大頂底板移進量和最大兩幫移進量均相對處于較高水平。

同時在開采區域內，上順槽565～665m基巖厚度在48～58m之間，低于附近64m的平均厚度，下順槽465～565m基巖厚度在68～102之間，低于附近118m的平均厚度，因此從圖中可看出在開采區域內，最大頂底板移進量整體水平隨基巖厚度增加有降低的趨勢，上順槽最大兩幫移進量整體水平隨基巖厚度變化不明顯。

為方便和進一步分析上、下順槽最大移進量變化規律，分別繪制如圖4、圖5所示的565-815m之間上、下順槽最大頂底板移進量及基巖厚度變化和最大兩幫移進量及基巖厚度。由圖可知該范圍內，上、下順槽基巖厚度變化均較平緩，且上順槽基巖厚度低于下順槽基巖厚度，而在最大頂底板移進量整體水平上，則基巖厚度相對薄的上順槽有更高的移進水平;在最大兩幫移進量整體水平上存在與最大頂底板移進量相似的規律，但不如其明顯。

3.2 移進量變化速度

根據開采范圍內各個測點位置移進量隨開采推進過程變化的監測數據，各測點頂底板移進量變化如圖6和圖7。

由圖6和圖7可直觀地看出不同位置的頂底板移進量在開采推進過程中，其增長趨勢和最大值各不相同，兩幫移進量變化與其類似，此處不再單獨作圖。

為更加清晰、具體地分析移進量變化規律，在此以平均增長率（最大移進量與移進量初始變化值的差值除以期間的開采距離）為指標探討移進量變化規律。對上、下順槽各測點基巖厚度與移進量平均增長率一一對應，如表1所示，并根據表1分別繪制頂底板移進量和兩幫移進量平均增長率與基巖厚度關系，如圖8、圖9。

由圖可以直觀地看出上順槽或下順槽頂底板移進量平均增長率和兩幫移進量平均增長率均隨基巖厚度的增加有減小的趨勢，兩者呈負相關關系（圖中短劃線與點劃線）。將上、下順槽數據結合可以看出，頂底板移進量平均增長率和兩幫移進量平均增長率隨基巖厚度增加均出現先降低后升高再降低的趨勢（圖中長劃線），從表1中下順槽的個別數據與上順槽數據對比也表現出這種趨勢，但總體上仍有隨基巖厚度增加而減小的趨勢。考慮到監測區域下順槽埋深比上順槽埋深平均大45m左右，因此推測在一定基巖厚度范圍內，埋深是造成移進量平均增長率趨勢產生變化的原因，且移進量平均增長率與埋深呈正相關關系。

3.3 開采影響范圍

本次監測數據截止到上順槽推進至783.5m，下順槽推進至801.3m，非停采線位置，故影響范圍以上順槽783.5m為界，下順槽以801.3m為界，因此主要以開采區域外的監測數據為研究對象。下圖為上、下順槽開采區域外測點位置移進量隨開采推進的變化趨勢。

根據各測點移進量變化圖可以直觀地看到上順槽從735m推進到783.5m期間，815m和865m測點處的頂底板及兩幫移進量明顯增加，915m處測點的頂底板移進量明顯增加，兩幫移進量也明顯增加，但增加量不大，而915m之后測點的移進量變化基本維持不變，因而截止到推進至783.5m時，從數據上來看上順槽的影響范圍在783.5m到915m約130m的距離。同樣，下順槽從750m推進到800m期間，815m和865m測點位置的頂底板及兩幫移進量明顯增加，而其他測點位置的移進量基本維持不變，下順槽的影響范圍在801.3m到865m約65m的距離。

在此需要指出的是，測點每50m布置，因此具體的影響范圍并不確定，此處的數據只能用作定性分析影響范圍的大小。結合上、下順槽以上測點位置的基巖厚度，可以明顯看到上順槽該區域基巖厚度約65m，下順槽對應區域的基巖厚度約130m。由此可發現基巖厚度大，開采影響范圍相對較小。

4 結論

通過以河南泉店煤礦二1-14020工作面為研究對象，對工作面上、下順槽的移進量實測數據分析，主要得到以下結論。

（1）煤層開采推進過程中，順槽最大頂底板移進量和最大兩幫移進量整體水平上隨基巖厚度增加而減小。

（2）頂底板移進量平均增長率和兩幫移進量平均增長率總體隨基巖厚度增加而減小。推測在一定基巖厚度區間內，移進量平均增長率與埋深呈正相關關系。

（3）煤層開采推進的影響范圍受基巖厚度影響，基巖厚度大，開采影響范圍相對較小。

參考文獻：

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