緩傾斜薄煤層綜采工作面礦壓顯現規律研究

郭洪濤

(河南平煤神馬梁北二井煤業有限公司，河南 禹州 461670)

煤炭被開采出來后，采面圍巖應力重新分布，造成各種礦山壓力顯現。通過現場實測，對礦山壓力顯現規律進行分析研究，對提高采煤工作面圍巖控制水平、保證安全開采意義重大[1-2]。

某礦五2-11070走向長臂綜采工作面，工作面傾斜長度140 m，平均采高1.2 m，煤層傾角15°，屬于緩傾斜煤層。直接頂為砂質泥巖，厚度2.0～3.0 m；基本頂為中粗粒砂巖，厚度3.0～4.0 m，中部夾薄層砂質泥巖。本文目的為得出五2-11070工作面礦壓顯現規律，分析工作面支護形式的適應性，并對工作面頂板周期來壓進行預測，提出相應的對策措施，為薄煤層綜采工作面的頂板控制、支柱參數選取以及下一步推廣等提供指導。

1 工作面概況及礦壓觀測方案

1.1 五2-11070工作面概況

五2-11070綜采工作面位于±0 m水平以下、五2回風下山東部。采面走向長620 m，傾斜長平均140 m，面積為86 800 m2。該采面位于五2采區東翼上部，東部為礦區邊界，北部為五2-11050采面采空區，西部為五2采區下山運輸巷保護煤柱，南部為五2-11090采面保護煤柱(圖1)。工作面標高-1.6～-45.2 m，對應地面標高+430～+450 m。采面內五2煤層厚度0.8～1.4 m，平均厚1.2 m。煤層變化不大，根據地質資料顯示該工作面范圍內無大的構造變化帶，煤層上部巖石和下部巖石中等硬度，五2煤層與六2煤層間距80 m(圖2)。

圖1 五2-11070綜采工作面巷道布置Fig.1 Roaway layout of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

圖2 五2-11070綜采工作面地質柱狀Fig.2 Geological columnar of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

1.2 五2-11070綜采工作面礦壓觀測方案

為分析工作面支架與圍巖的相互關系，掌握五2-11070綜采工作面老頂周期來壓規律及強度，此次礦壓觀測分別對工作面液壓支架的工作阻力進行現場實測。沿工作面傾斜方向每隔15架液壓支架設置1個觀測點，共布置6個觀測點，具體觀測布置如圖3所示。

圖3 五2-11070綜采工作面礦壓觀測測點布置Fig.3 Arrangement of mine pressure observation points of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

2 工作面頂板來壓特征

自五2-11070綜采工作面初采初放開始通過現場實測，連續記錄采面不同推進距時對應的各測站液壓支架工作阻力，從而繪出支柱工作阻力沿工作面推進方向的分布曲線。以實測液壓支架工作阻力平均值p和其一倍均方差σp之和作為基本頂來壓的判據p′[3]，見式(1)。

(1)

通過對五2-11070綜采工作面實測數據進行統計分析，得出不同觀測點周期來壓性質及特征數據(圖4，表1)。受開采煤層傾斜角度、工作面傾斜長度等因素的影響，在工作面傾斜方向上頂板壓力顯現規律有所不同。通過對圖4和表1進行分析可知，五2-11070綜采工作面礦壓顯現呈現以下特點。

表1 五2-11070綜采工作面各測站周期來壓特征Tab.1 Periodic pressure characteristics of each station of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

圖4 各測站液壓支架工作阻力隨推進距變化曲線Fig.4 Variation curve of hydraulic support working resistance with advancing distance in each measuring station

(1)礦壓壓力顯現呈現明顯的分組來壓特征，即各地點來壓不同步。工作面監測的6個測站自下而上初次來壓時步距分別為11.3、11.8、11.7、12.7、13.8、15.3 m，平均步距12.8 m；6個測站自下而上周期來壓時步距分別為6.75、6.35、5.85、5.75、5.05、5.55 m，平均5.88 m。

(2)五2-11070綜采工作面6個測站自下到上液壓支架來壓時增阻系數分別為1.11、1.12、1.14、1.13、1.12、1.13，平均為1.13。

(3)工作面中部支架壓力略大于兩端支架壓力，下端頭支架壓力大于上端頭支架壓力。

根據觀測結果分析可知，五2-11070綜采工作面初次來壓步距為12.8 m，周期來壓步距5.88 m，整體來壓次序為從下部往上部依次來壓；受煤層采高的影響，薄煤層回采工作面頂板下沉空間有限，在頂板巖層膨脹變形的共同作用下，工作面礦壓顯現較弱，有利于工作面頂板控制。

3 工作面支護適應性分析

工作面支護裝備的合理選擇對采場圍巖的有效控制有重要作用[3-5]。工作面支柱(支架)具有合理的支護參數，如初撐力、額定工作阻力和適宜的結構功能，才能很好地適應頂板的活動規律，從而控制好采場頂板。

五2-11070綜采工作面采用ZY3000-08/16液壓支架，ZF3400-14/28端頭支架。工作面液壓支架根據生產地質報告，五2煤層多以砂巖為其直接頂板，僅有少數地段出現偽頂。據生產礦井實踐表明，凡是以該砂巖為直接頂板，頂板靜壓力穩定，易于支護和管理。工作面液壓支架初撐力為1 978 kN，端頭支架初撐力為2 032 kN。通過現場實測觀察，工作面支護適應性良好，頂板得到較好控制。

4 結論

通過對五2-11070緩傾斜薄煤層綜采工作面采場礦山壓力顯現規律以及支柱支護適應性的研究，得出以下主要結論。

(1)五2-11070工作面傾斜方向上頂板來壓不同步，從工作面下部到上部依次來壓。初次來壓步距12.8 m，周期來壓步距5.88 m。

(2)受煤層傾角、采高等因素的影響，緩傾斜薄煤層采煤工作面礦山壓力顯現較弱，來壓時整體增阻系數不高。

(3)采煤工作面中部礦壓顯現較兩端明顯，且下端頭支架壓力大于上端頭。