新元煤礦9108綜采工作面礦壓觀測分析

王逸寧

（山西新元煤炭有限責任公司，山西 晉中 030600）

礦壓顯現規律是采礦工程研究的重點。煤層開挖后，覆巖在自身重力及其上方巖層的作用下發生運移，進而引起工作面一定程度的礦壓顯現[1-3]。因此，掌握工作面礦壓顯現規律并據此指導工作面支護設計，對于礦井的安全高效生產具有重要意義[4-5]。本文以新元煤礦9108 綜采工作面為工程背景，采用礦壓觀測法對該工作面礦山顯現特點進行分析探討。

1 概況

新元煤礦9108 綜采工作面位于一水平一采區，開采9#煤層，工作面標高+570.5～+679.3 m，對應地表標高+1 092.5～+1 141.3 m，埋藏深度449.4～510.3 m。工作面煤層傾角為0°～8°，平均4°。煤層以亮煤為主，內生裂隙發育。煤層厚度1.1～3.3 m，平均2.77 m。工作面中部共布置134架ZY12000/22.5/45D液壓支架，上下端頭分別布置ZYG12000/22.5/45D型過渡支架1 架及ZYT12000/24/50D型端頭支架2 架。支架額定工作阻力為12 000 kN，設計初撐力9 600 kN。煤層直接頂以砂質泥巖、炭質泥巖、泥巖為主，平均厚度約17.63 m，老頂為粉砂巖及粗砂巖，厚度約9.17 m，直接底為粉砂巖，平均厚度為1.2 m，老底為細砂巖，平均厚度為4.38 m，工作面頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況

2 礦壓觀測及分析

2.1 礦壓觀測系統

在工作面支架上安裝尤洛卡公司生產的支架阻力監測系統，對9108 工作面推進過程中支架工作阻力進行監測與分析。根據每個班次末支架阻力及對應推進位置繪制整個工作面液壓支架工作阻力云圖，圖例中顏色由藍色至紅色對應于支架工作阻力由小到大，即頂板壓力由小到大。通過觀察支架工作阻力云圖顏色可以直觀地判斷頂板壓力分布及來壓范圍。

2.2 初次來壓特點

圖1為工作面初次來壓階段支架阻力分布圖。由圖1知，9108 工作面開采至至約40 m位置處時，1#～33#、56#～106#、115#～133#支架載荷處于較高水平，達到支架額定工作阻力的60%以上。因此，判斷9108 工作面老頂初次來壓步距約為40 m。由于初采期間采取了水力壓裂技術對開切眼上部頂板進行了切頂卸壓，老頂初次來壓強度并不大，平均動載系數為1.08。表明初采期間采用水力壓裂技術對老頂進行切頂卸壓，有效地降低工作面的來壓強度，確保了工作面初采期間的安全。

圖1 工作面初次來壓階段支架阻力分布

2.3 周期來壓特點

為分析工作面周期來壓，選取工作面推進0～400 m時間段支架阻力為研究對象，見圖2。由圖2可知，支架阻力呈現明顯的周期性特點，0～400 m范圍內，工作面共經歷11 次周期來壓，來壓步距最大為31.9 m，最小為12 m，平均為22 m。沿工作面推進方向可將頂板壓力分為三個區域：

圖2 工作面周期來壓階段支架阻力分布

（1）低壓區，工作面開切眼到推進距離100 m范圍。該區域內工作面采動不充分，支架工作阻力變化較小，基本低于7 000 kN。

（2）過渡區，工作面推進距離100～300 m范圍。隨著工作面不斷向前推進，采動越來越充分，支架工作阻力不斷增加。

（3）高壓區，工作面推進距離300 m后。工作面推進300 m后，工作面達到充分采動狀態，此時，支架平均工作阻力基本在8 000 kN以上。

沿工作面布置方向，頂板壓力可分為5 個區域，從刮板輸送機機頭到機尾表現為低壓區、高壓區、低壓區、高壓區、低壓區的“馬鞍形”分布。

3 支架受力分析

3.1 初撐力

對9108 工作面支架初撐力進行統計可知，工作面42.44%的支架初撐力表現為不合格，一半以上支架的初撐力沒有達到要求的支護強度，降低了工作面的支護效果。應加強對泵站壓力的管理，通過增大泵站壓力額定值及減少局部壓力損失等手段將工作面支架初撐力提高至額定工作阻力的80%。這樣可以有效控制工作面頂板的下沉，并且能夠最大程度的保持直接頂巖層的完整性，防止下位直接頂發生離層及冒頂等問題。

3.2 工作阻力

工作面推進過程中，液壓支架的工作阻力會受到煤層賦存條件、工人熟練程度等因素的影響而發生變化。正常情況下，支架工作阻力應服從正態分布，即支架在多數情況下處于正常工作阻力狀態。根據回采期間支架工作阻力監測數據，得出工作面不同區域液壓支架時間加權阻力。將支架工作阻力按照額定值的20%劃分為5 個區間，統計不同區域支架工作阻力在各區間的分布情況，各支架工作阻力分布見表2。由表2可知，不同區域支架工作阻力分布基本一致，支架受力主要分布在正常區，達到76.1%，低阻區、高阻區分別為14.5%和9.4%，支架工作阻力分布屬于正態分布，工作面支架整體工作狀態較好。

表2 不同區域支架工作阻力分布

4 結論

1）9108 工作面初次來壓步距約40 m，周期來壓步距在12～31.9 m之間，平均為22 m。

2）工作面來壓在工作面布置方向及推進方向均具有明顯的分區特點，沿工作面推進方向可將頂板壓力分為低壓區、過渡區及高壓區，沿工作面布置方向，可分為5 個區域；從刮板輸送機機頭到機尾表現為低壓區、高壓區、低壓區、高壓區、低壓區的“馬鞍形”分布。

3）工作面支架一半以上初撐力達不到設計要求，需加強現場管理；支架工作阻力分布屬于正態分布，其整體工作狀態較好。