近距離煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

楊瑞峰

(山西省晉中市榆次區(qū)應(yīng)急管理煤礦安全巡查隊(duì)，山西 晉中 030600)

引 言

在煤炭井下開采中，極易因多種因素影響使得礦壓顯現(xiàn)規(guī)律出現(xiàn)波動(dòng)。我國(guó)針對(duì)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的研究工作開展較早，現(xiàn)已取得了較多成果，如傳遞巖梁假說、關(guān)鍵巖層理論等，在國(guó)際上有著較強(qiáng)的影響。不斷涌現(xiàn)的礦壓規(guī)律研究成果，很大程度上對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)的煤礦開采安全問題起到了保障作用，值得總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升礦產(chǎn)開采工作的安全系數(shù)。

1 近距離煤層開采礦壓監(jiān)測(cè)

在研究近距離煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律時(shí)，主要依據(jù)了采煤面覆巖層的運(yùn)動(dòng)特征，多方位分析煤層開采之中的多項(xiàng)因素，如近距離煤層的結(jié)構(gòu)方式、各個(gè)煤層之間的分布關(guān)系、上覆巖層與基本頂?shù)年P(guān)系，進(jìn)而找出近距離煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[1]。以下從A、B、C三個(gè)工作面中的礦壓變化情況，得出礦井礦壓的顯現(xiàn)規(guī)律。

1.1 A工作面壓力監(jiān)測(cè)

A工作面是本次煤層開采中最大的一個(gè)工作面，總長(zhǎng)度約為1 000 m，傾向長(zhǎng)度為150 m，煤層夾角為10°～30°，工作面整體規(guī)模為11 萬m2。其采煤層屬于單一煤層，夾矸數(shù)2層，平均厚度為5.0 m，煤層穩(wěn)定性較強(qiáng)，具備隨時(shí)開采的條件。按照煤層結(jié)構(gòu)組分可見，亮煤為最主要的煤種，其具有節(jié)理發(fā)育的特征，硬度系數(shù)為2.5，夾矸率為4%。工作面頂?shù)哪鄮r厚度為2.0 m，底板粉砂巖厚度為2.79 m。根據(jù)工作面所處的地質(zhì)狀況，普遍采用了綜放開采的方式。通過結(jié)合ZFG型液壓支架，使用前后滾筒進(jìn)行割煤。另外還應(yīng)依據(jù)施工場(chǎng)所內(nèi)的液壓支架數(shù)量，此工作面設(shè)置了12個(gè)相對(duì)應(yīng)的壓力檢測(cè)點(diǎn)，可及時(shí)觀察到支架上方頂板的壓力變化情況，進(jìn)而明確工作面當(dāng)前的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

1.2 B工作面壓力監(jiān)測(cè)

B工作面的總體長(zhǎng)度為700 m，傾向長(zhǎng)度為130 m，工作面整體規(guī)模為9 萬m2。夾矸數(shù)3層，平均厚度為0.7 m，此處主要為褐煤。工作面頂?shù)募?xì)砂巖厚度為2.0 m，底板灰黑色泥巖厚度為2.7m。根據(jù)工作面所處的地質(zhì)狀況，當(dāng)前普遍采用了綜放開采的方式。所采用的配套支架同樣為ZFG型液壓支架，利用了前后滾筒的割煤方式。此工作面設(shè)置了8個(gè)相對(duì)應(yīng)的壓力檢測(cè)點(diǎn)，記錄好壓力變化情況。

1.3 C工作面壓力監(jiān)測(cè)

C工作面的總體長(zhǎng)度為450 m，傾向長(zhǎng)度為150 m，工作面整體規(guī)模為7 萬m2，此工作面屬于礦井煤柱線的順延部分，其煤層較為單一，以褐煤為主，煤層厚度在4 m～6 m。夾矸率為4%，厚度為0.3 m，泥巖是構(gòu)成矸石的主要來源。在此工作面上部，存在較大范圍的采空區(qū)，使用了綜合放頂煤開采的工藝，采煤方法與支架同A、B工作面，通過設(shè)置一批監(jiān)測(cè)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦壓變化情況。

2 近距離煤層開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

2.1 A工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

通過分析A工作面中的多項(xiàng)數(shù)據(jù)可知，此工作面在初次來壓時(shí)的步距約為20 m，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有相同的初次來壓時(shí)間，此時(shí)的動(dòng)載系數(shù)為1.2，支架工作時(shí)最大阻力為5 800 kN。由此可見，此工作面的頂板受到了一定的損壞，使得支架受到的阻力更高，但由于工作面的來壓強(qiáng)度普遍不高，加之來壓僅能持續(xù)極為短暫的時(shí)間，使得支架不會(huì)因壓力過大而產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況。通過對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析可見，在初次來壓的時(shí)間段內(nèi)，頂板下部的壓力值明顯要大于頂板上部的壓力值，另外處于上部的支架收到的工作阻力及動(dòng)載系數(shù)均維持在較低的水平中，表明頂板下部來壓強(qiáng)度相比頂板上部來壓強(qiáng)度要高許多[2]。

2.2 B工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

在分析B工作面各項(xiàng)數(shù)據(jù)后，經(jīng)計(jì)算可知，B工作面的頂板初次來壓時(shí)的步距約為18 m，周期來壓時(shí)的步距為17 m，二者之間的差別不顯著。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可見，初次來壓的強(qiáng)度約為6 000 kN，此數(shù)值可達(dá)到額定阻力值的80%，除初次來壓外，大部分時(shí)間內(nèi)的工作壓力約為5 200 kN，僅為額定阻力值的65%。在比對(duì)上述數(shù)據(jù)后能夠得出如下結(jié)論，當(dāng)前在目標(biāo)工作面中，其周期來壓強(qiáng)度小于支架的最大承受能力，并且來壓時(shí)間持續(xù)時(shí)間極為短暫，另外隨著監(jiān)測(cè)工作的逐漸深入能夠看出，在工作面居中的位置處，其動(dòng)載系數(shù)較高。由此可見，在周期來壓過程中，中部區(qū)域中的來壓強(qiáng)度為最大。

2.3 C工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

在分析C工作面各項(xiàng)數(shù)據(jù)后，可見C工作面的頂板初次來壓時(shí)的步距約為30 m，周期來壓時(shí)的步距為22 m，數(shù)據(jù)顯示，此工作面的來壓強(qiáng)度為6 900 kN，此數(shù)值可達(dá)到額定阻力值的89%，周期來壓阻力值為6 500 kN，此項(xiàng)數(shù)據(jù)可達(dá)額定阻力的85%，如在日常工作環(huán)境下，其阻力值約為5 300 kN，僅能夠達(dá)到額定值的71%。由此可見，此工作面中的來壓強(qiáng)度的數(shù)值較低，能夠符合支架所能承受的最大值。另外，通過查看三區(qū)域內(nèi)的動(dòng)載系數(shù)，能夠得知中部的動(dòng)載系數(shù)最高，使得中部區(qū)域的壓力值更大。

2.4 三個(gè)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律對(duì)比分析

上述A、B、C工作面是近距離煤層開采中最為常見的幾種形式，通過分別進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析后，可總結(jié)出近距離煤層開采礦壓顯現(xiàn)的一般規(guī)律。按照上述數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比及計(jì)算，要將重點(diǎn)放在計(jì)算工作面的來壓步距、額定阻力占比、平均支護(hù)阻力等一系列相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算后，據(jù)此產(chǎn)生了以下結(jié)論。

首先，初次來壓及周期來壓時(shí)，來壓過載系數(shù)往往還處于極低的水平之中，此時(shí)的動(dòng)載系數(shù)僅能夠達(dá)到1.19，產(chǎn)生此現(xiàn)象的根本原因?yàn)椋诮嚯x工作面的礦壓顯現(xiàn)中，因其特點(diǎn)致使來壓表現(xiàn)不明顯，支架的受力情況為靜載。通過觀察三個(gè)工作面可見，A工作面、C工作面的煤層間距較小，造成煤層的基本頂結(jié)構(gòu)缺失，巖層層位較高，尤其是將較為細(xì)碎的砂石用作墊層后，使得所形成的巖層具有更大的厚度，其自身穩(wěn)定性也得到了進(jìn)一步強(qiáng)化。在動(dòng)態(tài)荷載不能完全作用到支架的情況下，可使動(dòng)載系數(shù)降至低位[3]。

其次，在上述三個(gè)工作面中，其來壓步距波動(dòng)稍顯大，并且具有一定的周期性，證明周期性穩(wěn)定問題可出現(xiàn)在覆巖層的眾多區(qū)域中，使得整體步距受到了一定影響。此外，B工作面相較于A、C工作面的步距較小，產(chǎn)生此種現(xiàn)象的根源在于，B工作面的巖層構(gòu)造較為復(fù)雜，工作面與煤層的距離較短，各個(gè)層次之間并不能形成基本項(xiàng)，使得煤層斷裂現(xiàn)象嚴(yán)重。由此可見，來壓步距數(shù)值變化與煤層上的基本頂?shù)男纬捎兄欢ǖ年P(guān)聯(lián)性。

最后，要對(duì)比三個(gè)工作面中的動(dòng)載系數(shù)，此時(shí)可見，C工作面動(dòng)載系數(shù)遠(yuǎn)超上述兩個(gè)的動(dòng)載系數(shù)，證明在基本頂發(fā)生斷裂后，會(huì)進(jìn)一步受到動(dòng)載系數(shù)變化的影響。如在近距離煤層開采中，一旦發(fā)現(xiàn)較為堅(jiān)硬的基本頂，則會(huì)使工作面的受力更大，使動(dòng)載系數(shù)持續(xù)增加。

3 結(jié)語

在近距離煤層開采中，應(yīng)對(duì)煤層開采過程中顯現(xiàn)出的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析及研究，礦壓顯現(xiàn)規(guī)律主要體現(xiàn)在動(dòng)載系數(shù)、支架承受力等方面，借助于分析礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn)能夠認(rèn)識(shí)到煤層工作面中的礦壓表現(xiàn)形式，據(jù)此擬定合理的支護(hù)方案，保障煤礦開采安全。