大傾角孤島工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

吳 俊

（冀中能源股份有限公司邢東礦，河北 邢臺(tái) 054000）

邢東礦2129 工作面為孤島工作面，且采深較深，回采過程中上覆巖層的活動(dòng)規(guī)律相對(duì)較為復(fù)雜，礦壓顯現(xiàn)劇烈[1-4]，極易出現(xiàn)片幫、冒頂?shù)劝踩鹿省Ｒ虼耍捎矛F(xiàn)場實(shí)測的方法來準(zhǔn)確掌握工作面回采過程中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，對(duì)指導(dǎo)采場頂板管理及安全生產(chǎn)[5-6]，具有重要意義。

1 概況

2129 工作面是二水平一采區(qū)第八個(gè)工作面，所采煤層為2#煤，工作面標(biāo)高-974～ -1100 m，煤層平均厚度3.95 m，平均傾角12°。該工作面的上側(cè)和下側(cè)分別為2123、2124、2125、2126、2127、2222工作面的采空區(qū)，為孤島工作面布置。2129 工作面設(shè)計(jì)走向長度為459.3 m，傾斜長度為98 m。直接頂為均厚3.6 m 的鋁土質(zhì)粉砂巖，直接頂與2#煤之間夾有一層0.1～0.3 m 厚度的泥巖，基本頂為均厚9.55 m 的細(xì)砂巖，粉砂巖及細(xì)砂巖均為致密性較好、堅(jiān)硬完整的巖性；直接底為均厚4.84 m 的細(xì)砂巖，基本底為均厚3.84 m 的泥巖。由于2129 工作面為煤柱工作面，為加強(qiáng)通風(fēng)管理，采用工作面內(nèi)原有皮帶下山巷及2129 運(yùn)料巷為兩條進(jìn)風(fēng)巷、2129 運(yùn)輸巷為回風(fēng)巷的兩進(jìn)一回通風(fēng)方式。巷道均采用錨網(wǎng)支護(hù)，工作面布置有64 架ZY5000-25/50 型掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行采場頂板管理，兩巷20 m 范圍內(nèi)布置有雙排DW（42）-250/110X 型單體液壓支柱配合1 m 鉸接頂梁一梁一柱進(jìn)行超前支護(hù)。

2 礦壓觀測方案

為了準(zhǔn)確掌握2129 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，評(píng)價(jià)液壓支架的適應(yīng)性及頂板管理效果等，為該工作面以及其他類似條件下的工作面開采提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過在支架上安裝KJ216 煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，記錄工作面不同區(qū)段支架在回采過程中的工作阻力。其中1～25#支架作為下部測區(qū)（運(yùn)輸巷側(cè)），監(jiān)測第2、10、19 架支架壓力；26～50#支架作為中部測區(qū)，監(jiān)測第28、37、46 架支架壓力；51～64#支架作為上部測區(qū)（運(yùn)料巷側(cè)），監(jiān)測第55、64架支架。工作面礦壓觀測測點(diǎn)布置如圖1。

圖1 液壓支架壓力計(jì)布置平面圖

根據(jù)2129 工作面礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)和回采進(jìn)度，選取分析時(shí)間段為：2019 年03 月19 日至2019 年04 月23 日。在此時(shí)間段內(nèi)針對(duì)安裝礦用本安型藍(lán)牙數(shù)字壓力計(jì)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析。

3 礦壓觀測分析

3.1 理論依據(jù)

多年來支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)實(shí)踐表明[7-8]，可以用末前排支柱平均工作阻力的變化情況預(yù)報(bào)頂板來壓，其來壓判斷指標(biāo)值可用式PLY=P+Kσ求得。式中：PLY為來壓判斷指標(biāo)值；P為末前排支柱平均工作阻力；σ為均方差；K為方差系數(shù)，一般取0.8～1.0，本次分析取1.0。

3.2 礦壓實(shí)測與規(guī)律分析

通過整理大量現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)工作面礦壓規(guī)律進(jìn)行了分析。以推進(jìn)長度為橫坐標(biāo)，以工作面支架阻力變化情況為縱坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)的變化曲線分析得出直接頂?shù)目迓洳骄啵偨Y(jié)得出基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄唷Ｒ怨ぷ髅骈L度為橫坐標(biāo)，以工作面支架阻力變化為縱坐標(biāo)，由折線圖與來壓基準(zhǔn)線判據(jù)可以得出工作面不同長度位置的支架工作狀況，以及工作面長度方向的來壓顯現(xiàn)情況。整理實(shí)測數(shù)據(jù)，代入公式可求得不同測站支架的來壓判據(jù)值[9]，見表1。

表1 2129 工作面各測點(diǎn)工作阻力及來壓判據(jù)值

將工作面實(shí)測工作阻力與推進(jìn)長度繪制成曲線變化圖，并依據(jù)各測點(diǎn)來壓判斷值標(biāo)記來壓位置，計(jì)算來壓步距，如圖2。

圖2 工作面液壓支架工作阻力變化曲線

根據(jù)圖2 計(jì)算周期來壓步距，將工作面推進(jìn)339 m 期間的來壓步距、工作阻力及動(dòng)載系數(shù)統(tǒng)計(jì)成表2，對(duì)工作面周期來壓規(guī)律及特點(diǎn)進(jìn)行分析。

表2 工作面來壓規(guī)律

2129 工作面共安裝8 個(gè)測站，分別為2#、10#、19#、28#、37#、46#、55#、64#支架。由工作面64#支架循環(huán)工作阻力與推進(jìn)長度關(guān)系曲線圖可知，64#支架來壓規(guī)律不明顯。分析原因是64#支架是端頭支架，距離工作面兩順槽較近，液壓支架受兩順槽影響較大，不能真實(shí)反映工作面來壓情況，因此不在分析之列。為了準(zhǔn)確分析周期來壓步距，選取其他7 個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行分析。沿工作面推進(jìn)方向礦壓分布規(guī)律如下：基本頂周期來壓步距最小值為2 m，最大值為40.07 m，平均為9.53 m。來壓期間支架工作阻力平均值變化范圍是40.2～42.3 MPa，動(dòng)載系數(shù)最小值為1.43，最大值為1.87，平均值為1.6，來壓期間礦壓顯現(xiàn)明顯，多架支架出現(xiàn)卸壓閥開啟卸壓、活柱下降現(xiàn)象，局部出現(xiàn)煤壁片幫，深度達(dá)到1 m 以上。

根據(jù)圖2 各個(gè)測點(diǎn)沿工作面推進(jìn)方向液壓支架壓力分布情況可知，工作面周期來壓區(qū)域大致集中在5 個(gè)區(qū)域，分別為50 m、90 m、140 m、200 m和290 m。每個(gè)來壓區(qū)域的大小和范圍不同。為了更直觀清晰地分析周期來壓區(qū)域，將工作阻力沿推進(jìn)方向的變化繪制成云圖，如圖3。

圖3 工作面支架工作阻力分布云圖

通過顏色深淺可直觀顯示工作面支架工作阻力的大小和位置，可直觀掌握整個(gè)工作面在回采期間的液壓支架工作阻力分布情況。工作阻力在工作面方向顯現(xiàn)出“中間大，兩端小”的特點(diǎn)，來壓步距在各測區(qū)基本一致；而沿推進(jìn)方向周期來壓區(qū)域主要集中在工作面一次見方、二次見方和三次見方階段，有很強(qiáng)的見方效應(yīng)規(guī)律；周期來壓步距越大，動(dòng)載系數(shù)越大。

4 結(jié)論

邢東礦2129 工作面整面周期來壓步距為2.00～40.07 m，周期來壓步距分布不均勻，但從各測點(diǎn)來壓位置分析，來壓規(guī)律基本一致。主要周期來壓區(qū)域集中在工作面一次見方、二次見方和三次見方階段，表明大傾角孤島工作面在見方期間來壓強(qiáng)烈[10]。因此，大傾角孤島工作面需要在臨近見方時(shí)調(diào)整工作面采高，增加支架活柱量，避免來壓頻繁造成工作面支架壓死。此外，大傾角孤島工作面來壓期間支架工作阻力平均值局部超過42 MPa，卸壓閥頻繁開啟，需要使用額定工作阻力更大的液壓支架，避免頻繁卸壓造成工作面支護(hù)質(zhì)量降低。