千米深井薄煤層回采工作面礦壓顯現規律研究

鄭慧慧　朱增武　晁俊奇

摘 要：本文通過對千米深井朱集東煤礦1111（1）薄煤層工作面回采期間礦壓顯現情況進行分析，總結了千米深井薄煤層回采時的礦壓顯現規律，得出了頂板初次來壓步距和正常回采的來壓步距，為朱集東煤礦其他類似條件工作面的開采提供了依據。

關鍵詞：煤礦開采;千米垂深;工作面回采;礦壓顯現

中圖分類號：TD323 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）11-0059-03

Study on the Regularity of Strata Behavior in Thin Coal Seam

Face of 1 000 km Deep Well

ZHENG Huihui1 ZHU Zengwu2 CHAO Junqi3

（1.Shangqiu Normal University School of Architectural Engineering，Shangqiu Henan 476000;2.Zhejiang Jiangnan Project Management Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejing 310000; ?3.Zhujidong Coal Mine of Huainan Mining （Group） Co.， Ltd.，Huainan Anhui 232087）

Abstract： Based on the analysis of the mine pressure behavior of 1111 （1） thin coal seam working face in Zhujidong coal mine， this paper summarized the mine pressure behavior law of thin coal seam mining in the kilometer deep well， and obtained the first weighting step distance of roof and the weighting step distance of normal mining， which provided a basis for the mining of other similar working faces in zhujidong coal mine.

Keywords： coal mining;thousand kilometers deep;thin coal seam face;strata behavior

新建礦井中深度達千米的深井是最近幾年才出現的[1-4]。本文對新建礦井朱集東煤礦千米深井薄煤層回采礦壓顯現規律進行了工業性試驗研究，對指導深井薄煤層工作面回采圍巖控制、支架選型和安全高效開采具有重要意義。

1 概況

1.1 礦井概況

朱集東煤礦是淮南礦業（集團）有限責任公司新建大型礦井，是淮南礦業集團首個新建的開采深度接近千米的礦井，礦井建設規模為4.0 Mt/a，礦井設計服務年限82.6年。地面標高為+22.4～+23.4 m，礦井一水平井底車場設于-906 m，輔助水平設于-985 m。

1.2 工作面概況

朱集東礦1111（1）工作面是朱集東礦井首采工作面，長220 m，可采長度1 600 m，采用傾向長壁法回采，煤層平均厚度為1.26 m，回采高度為1.8 m，平均開采深度為910 m，煤厚為0.5～1.5 m，平均厚度為1.2 m，煤層的走向變化較大，煤巖層產狀：85°～290°∠2°～5°;煤層結構簡單，屬較穩定煤層，總體構造形態呈一寬緩的背斜。

實驗室測定本工作面煤層頂、底板巖樣抗壓強度如下。頂板巖樣抗壓強度：泥巖3.9～120.3 MPa，平均48.16 MPa;粉砂巖27.2～182.8 MPa，平均76.5 MPa;砂巖4.9～183.4 MPa，平均106.5 MPa。底板巖樣抗壓強度：泥巖3.9～138.9 MPa，平均49.1 MPa;粉砂巖36.8～106.7 MPa，平均73.3 MPa;砂巖37.9～176.3 MPa，平均100.7 MPa[5]。

整個工作面共布置148架ZZ7000-13/26液壓支架，液壓支架主要性能參數如表1所示。

2 工作面礦壓監測

2.1 工作面礦壓監測測站

采用山東科泰公司生產的KJ345液壓支架壓力傾角監測系統，實時監測支架前后立柱的壓力變化情況，并對所獲數據進行分析處理。在148架支架內共設置8處頂板壓力測試分站，監測采樣頻率為0.2次/min，每處分站監測1架支架，均勻布置8架支架，支架壓力分站設置及對應支架編號如表2所示。

2.2 監測數據處理及分析

2.2.1 工作面頂板來壓步距監測與分析。通過對首采面頂支架前后壓力進行連續監測（共30 d，工作面平均回采長度為91.3 m），得出8架支架的壓力變化趨勢，如圖1所示。

由于上覆直接頂泥巖厚度較大，因此，老頂來壓較穩定。工作面各部位平均周期來壓步距基本相同，但由于工作面中間部位與兩端頭的邊界條件存在差異，老頂破

斷后在兩端會形成“弧三角形”懸板結構，造成工作面中間部位與靠近兩巷部位的壓力顯現特征有所不同，表現為工作面兩端周期來壓步距與中部不盡一致，且工作面兩端礦山壓力大于中部，來壓期間動載系數也大于中部，初次來壓時中間部位來壓特征較早出現。1111（1）工作面頂板具體來壓明細見表3。

2.2.2 液壓支架承載適應性。將8個測站的8架支架分為上部、中部、下部三個部分，其中，上部為5#、25#、45#支架，中部為65#、85#、105#支架，下部為125#、145#支架。

上部支架時間加權工作阻力主要分布在1～4 kN，占統計總數的83.4%，其中，達到支架額定工作阻力80%（5.6 kN）的占2.1%。最大工作阻力主要分布在3～7 kN，占統計總數的84.1%，其中，達到額定工作阻力80%的占26.9%，達到額定工作阻力60%以上的占61.4%。

中部支架時間加權工作阻力主要分布在1～4 kN，占統計總數的80.7%，其中，達到支架額定工作阻力80%（5.6 kN）的占3.6%。最大工作阻力主要分布范圍較廣，其中，達到額定工作阻力80%以上的占統計總數的30%，達到額定工作阻力60%的占64.3%。

下部支架時間加權工作阻力主要分布在1～5 kN，占統計總數的93%，其中，達到支架額定工作阻力80%（5.6 kN）以上的僅占1.2%。最大工作阻力主要分布范圍也較為廣泛，其中，達到額定工作阻力80%的占統計總數的23.2%，達到額定工作阻力60%以上的占56.32%。

由以上分析可知，工作面各部位支架初撐力整體較低，平均為額定初撐力的28.5%。來壓期間，加權平均阻力為3 952 kN/架，占額定值的56.5%，最大平均工作阻力為5 018 kN/架，占額定值的71.7%。支架時間加權和最大工作阻力大于額定工作阻力80%的比例僅為2.27%和26.7%，大于額定工作阻力90%的比例為0.22%和20%。因此，支架的支護參數適應1111（1）工作面煤層條件下的頂板活動規律，支架額定工作阻力也能滿足支護要求。

3 結論

通過分析回采工作面液壓支架壓力顯現情況，得出近千米薄煤層1111（1）工作面直接頂初次來壓步距為13.8 m，老頂初次來壓步距為32.0 m，周期來壓步距為15 m。其他相似條件的工作面可以類比進行頂板管理。

回采期間，工作面各部來壓整體具有一致性，受采空區頂板垮落結構的影響，兩端頭和中間部位來壓特征有所差異，兩端來壓大于中部。

通過對液壓支架工作阻力頻率分布進行分析，可以判定ZZ7000-13/26型液壓支架能滿足千米深井薄煤層回采支護要求，支架選型合理，朱集東礦其他同槽工作面可以類比選型。

參考文獻：

[1]王義然，夏永學，雷靜.趙樓煤礦千米深井條件下礦壓活動規律[J].煤礦安全，2013（2）：71-74.

[2]楊東輝，李永明，康全玉，等.超短孤島輕放面礦壓顯現規律及支架適應性研究[J].中國煤炭，2017（1）：55-59.

[3]劉強，高明忠，王滿，等.千米深井采動工作面礦壓顯現規律及覆巖位移特征研究[J].巖石力學與工程學報，2019（增刊1）：3070-3079.

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[5]耿獻文.礦山壓力測控技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2013：194-196.