特厚煤層大采高工作面支承壓力分布規律研究

國洪晉

(潞安化工集團 余吾煤業公司，山西 長治 046103)

隨著煤礦開采設備日益發展，各大礦區厚煤層一次采全高開采工藝成為了煤礦開采的首選，并且采高在逐步增加。然而采高的增大，工作面礦壓規律、覆巖移動規律等表現出了不同的特點。隨著工作面回采，打破了采場周圍原巖應力場，引起了采場圍巖應力的重新分布。已經開采完畢的采空區上覆巖層重量施加在了采空區周圍巖體上，從而在采空區圍巖形成支承壓力帶，在工作面前方形成的超前支承壓力，隨工作面開采不斷地向前移動[1-3]。一般來說，超前支承壓力峰值位置在超前工作面煤壁2～10 m，最遠的可達20～30 m[4-5]。對于特大采高工作面而言，其超前支承壓力特征勢必與普通工作面不同，因此有必要掌握工作面超前支承壓力特征，以便更好地服務于礦井現場的安全生產。

1 工程概況

某礦設計生產能力為500萬t/a，主要開采12號、22號煤層，其中12煤層穩定可采，厚度5.2～6.5 m，平均6 m，傾角3～8°，平均6°，煤層頂板主要由炭質泥巖、砂質泥巖及砂巖組成，局部含煤線，巖層層理發育、破碎，強度較低；底板以砂質泥巖為主，層理發育、破碎、強度較低。12302工作面位于該礦12號煤三盤區，工作面傾向長度286.2 m，走向長度1 865 m，設計采高6.0 m，采用一次采全高回采工藝，屬于特大采高工作面。工作面布置167臺ZY 16800/32/70液壓支架，超前支護采用直徑100 mm單體液壓支柱。

2 工作面巷道超前礦壓實測

2.1 礦壓監測方案

結合現場實際情況，對12302工作面兩巷道圍巖移近量進行觀測。觀測時，采用電子紅外測距儀對兩巷道超前120 m頂底板及兩幫移近量進行觀測。兩巷道各布置3個測點，測點間隔20 m進行設置，現場監測方案如圖1所示。要求每班對各測點進行測量，當工作面推過測點后，重新布置下一組測點，如此循環監測。

圖1 兩巷道測點布置

2.2 監測結果分析

圖2為隨距工作面不同距離時，兩巷道頂底板移近量的變化趨勢。如圖2所示，隨著工作面逐漸臨近，兩巷道頂底板移近量總體趨勢表現出了先增大，后減小的趨勢。回風巷道3個測點在超前工作面煤壁45 m附近開始受到回采影響，在20 m附近頂底板移近量達到最大之后逐漸減小，1號測點頂底板移近量最大值為135 mm，2號測點頂底板移近量最大值為286 mm，3號測點頂底板移近量最大值為362 mm；主運巷道3個測點在超前工作面煤壁43 m附近開始受到回采影響，在20 m附近頂底板移近量達到最大之后逐漸減小，1號測點頂底板移近量最大值為105 mm，2號測點頂底板移近量最大值為158 mm，3號測點頂底板移近量最大值為322 mm。

圖2 隨距工作面不同距離兩巷道頂底板移近量變化

圖3為隨距工作面不同距離時，兩巷道兩幫移近量的變化趨勢。如圖3所示，隨著工作面逐漸臨近，兩巷道兩幫移近量總體趨勢表現出了先增大，后減小的趨勢。回風巷道3個測點在超前工作面煤壁40 m附近開始受到回采影響，在20 m附近兩幫移近量達到最大之后逐漸減小，1號測點兩幫移近量最大值為122 mm，2號測點兩幫移近量最大值為326 mm，3號測點兩幫移近量最大值為362 mm；主運巷道3個測點在超前工作面煤壁43 m附近開始受到回采影響，在20 m附近兩幫移近量達到最大之后逐漸減小，1號測點兩幫移近量最大值為102 mm，2號測點兩幫移近量最大值為142 mm，3號測點兩幫移近量最大值為383 mm。

圖3 隨距工作面不同距離兩巷道兩幫移近量變化

通過對工作面回采過程中，兩巷道圍巖移近量觀測，12302工作面超前支承應力影響范圍為45 m左右，在超前工作面20 m附近達到峰值，影響范圍遠大于一般采高工作面；兩巷道頂底板、兩幫移近量最大值300～400 mm，也遠大于一般采高的工作面。

3 巷道圍巖破壞狀態

為研究工作面超前范圍內巷道變形破壞特征，選取兩巷道超前工作面20處各設置1個觀測站，采用鉆孔窺視儀探測工作面頂板破壞狀態。每個測站內，各布置3個鉆孔，分別位于巷道兩頂角及頂板中央，兩頂角位置分別向兩幫傾斜45°，孔徑為D30 mm，孔深15 m，巷道中央位置垂直于頂板，孔徑為D30 mm，孔深15 m。測站及鉆孔布置如圖4所示。

圖4 測站及鉆孔布置示意

文章選取典型的鉆孔窺視圖進行分析，圖5為主運巷道工作面側2-1號鉆孔窺視結果。圖5中，在主運巷道頂板中央存在一條縱向連續裂隙，長度深入頂板1.19～7.1 m，而深入頂板1.19～10.58 m范圍內頂板較為破碎，大于10.58 m范圍內頂板相對完好。

結合其他5個鉆孔窺視結果分析，超前12302工作面20 m頂板受到工作面采動影響，不同程度存在裂隙發育，尤其靠近工作面側的頂板較為破碎，巷道中央及靠近煤柱側的頂板破碎主要集中在巷道留設的頂煤位置。因此在工作面回采過程中，要加強兩巷道頂板支護，特別要注意頂板留設頂煤破碎傷人，加強工作面超前支承壓力影響區域的補強支護措施。

圖5 2-1號鉆孔窺視

4 結 語

通過對6 m特大采高工作面支承應力進行監測，主要得出以下結論：

1) 12302工作面超前支承應力影響范圍為45 m左右，在超前工作面20 m附近達到峰值，兩巷道頂底板、兩幫移近量最大值300～400 mm，遠大于一般采高的工作面。

2) 主運巷道頂板中央存在一條縱向連續裂隙，長度深入頂板1.19～7.1 m，而深入頂板1.19～10.58 m范圍內頂板較為破碎，大于10.58 m范圍內頂板相對完好。

3) 12302工作面超前20 m頂板裂隙發育，尤其靠近工作面側的頂板較為破碎，回采過程中加強超前支承壓力影響區域的頂板管理。