綜放首采工作面異常礦壓顯現(xiàn)分析及控制措施

張宏龍

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦，山西 孝義 032300）

0 引言

綜放工作面的主要事故類型包括端面頂板冒頂事故、煤體片幫事故和機(jī)械故障事故等，并且主要發(fā)生在工作面來壓期間。調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，造成這些事故的主要原因是工作面礦壓顯現(xiàn)異常，工作面機(jī)械設(shè)備特別是液壓支架不適應(yīng)異常礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，或者端面距過大、液壓支架操作不當(dāng)、工程質(zhì)量管理不善等。基于此，有必要對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)特征如液壓支架工作阻力、頂?shù)装迤茐奶卣鳌⒚罕谄茐奶卣鞯冗M(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，并對(duì)大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得出采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。通過對(duì)液壓支架的適應(yīng)性進(jìn)行分析，最終確定采場(chǎng)支架-圍巖耦合關(guān)系及關(guān)鍵控制指標(biāo)，提升采場(chǎng)圍巖的管理水平，保障安全生產(chǎn)[1-4]。針對(duì)9102工作面的礦壓顯現(xiàn)特征進(jìn)行分析，并制定出具體的應(yīng)對(duì)方案和措施，從而保障采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定和生產(chǎn)安全。

1 工程概況

9102 工作面是采區(qū)首采工作面，主采9 號(hào)煤層，煤層平均厚度6.2 m，平均傾角2°。工作面傾斜長(zhǎng)度為172 m，走向長(zhǎng)度1 100 m，割煤高度3.1 m，放煤高度3.1 m，采放比約為1∶1。本工作面回采采用常規(guī)的傾斜長(zhǎng)壁后退式采煤法及綜采放頂煤工藝，全部垮落法管理頂板。工作面附近尚未有其他工作面回采活動(dòng)，北部至礦界，東部為盤區(qū)大巷，西部為未開拓區(qū)，南部為采區(qū)大巷。工作面采用MG300/701-WD 型交流電牽引采煤機(jī)，安裝113 臺(tái)ZF7200/20/32 型支撐掩護(hù)式液壓支架；2 臺(tái)ZFG7200/20.5/33 型過渡液壓支架，分別位于上下端頭；安裝2 部SGZ764/500 型可彎曲刮板輸送機(jī)，分別負(fù)責(zé)割煤和放煤的運(yùn)輸任務(wù)；使用1 臺(tái)SZZ-764/132 型轉(zhuǎn)載機(jī)。煤層賦存整體較穩(wěn)定，受地質(zhì)變化的影響，局部煤層頂板較破碎，煤層頂?shù)装鍘r性情況如表1 所示。地質(zhì)說明書顯示，9102 工作面回采過程中將揭露12 條較大斷層，其中2 條逆斷層、10 條正斷層，落差2.5～8.5 m，對(duì)工作面影響較大。

表1 煤層頂?shù)装逄卣鞅?/p>

2 工作面常規(guī)礦壓及異常礦壓顯現(xiàn)特征分析

2.1 工作面常規(guī)礦壓觀測(cè)

工作面礦壓觀測(cè)的主要工作是通過監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工作面實(shí)際礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行記錄，根據(jù)記錄的內(nèi)容進(jìn)行分析，確定工作面初次來壓、周期來壓等各項(xiàng)基本數(shù)據(jù)，為其他工作面初采、本工作面后續(xù)回采工作提供指導(dǎo)，同時(shí)驗(yàn)證本工作面支護(hù)形式是否達(dá)到要求強(qiáng)度，以及實(shí)施的礦壓分析、指導(dǎo)是否符合實(shí)際情況，工作面支護(hù)是否達(dá)到要求強(qiáng)度，從而形成礦壓觀測(cè)閉環(huán)管理體系[5-6]。課題組綜合相關(guān)理論、實(shí)踐成果和礦井實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，于6 月1 日—7 月27 日對(duì)9102工作面進(jìn)行了57 d 的礦壓觀測(cè)。沿9102 工作面均勻布置6 個(gè)測(cè)站，分別設(shè)在10 號(hào)、30 號(hào)、50 號(hào)、70 號(hào)、90 號(hào)、110 號(hào)支架處，具體測(cè)站布置如圖1 所示。

圖1 9102 工作面礦壓觀測(cè)測(cè)站布置圖

經(jīng)過礦壓觀測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析，工作面平均初次來壓步距達(dá)到34.5 m；工作面前4 次周期來壓步距分別為17.43 m、17.03 m、17.57 m、17.73 m，平均步距達(dá)到17.73 m；在工作面傾斜方向上，10 號(hào)支架測(cè)站平均步距達(dá)到18.65 m，30 號(hào)支架測(cè)站平均步距達(dá)到18.25 m，50 號(hào)測(cè)站平均步距達(dá)到16.73 m，70 號(hào)支架測(cè)站平均步距達(dá)到16.18 m，90 號(hào)支架測(cè)站平均步距達(dá)到17.13 m，110號(hào)支架測(cè)站平均步距達(dá)到17.8 m。整體周期來壓情況如表2 所示。

同時(shí)，對(duì)工作面液壓支架立柱全部液壓信息分布特征進(jìn)行研究，在工作面回采過程中，實(shí)施了全程礦壓觀測(cè)，在工作阻力方面，大部分液壓支架的工作阻力沒超過額定值，支撐效果良好，但在工作面來壓過程中，個(gè)別液壓支架安全閥開啟，起到了保護(hù)油缸和管路的作用。從表3 中來壓與未來壓時(shí)的工作阻力數(shù)據(jù)可知，整體上工作面中部液壓支架的工作阻力值較大，動(dòng)載系數(shù)也較大，兩端的液壓支架工作阻力值相對(duì)較小，動(dòng)載系數(shù)也較小，符合常規(guī)的礦壓顯現(xiàn)特征。

表3 9102 工作面支架在來壓與未來壓時(shí)工作阻力

2.2 工作面異常礦壓顯現(xiàn)特征分析

工作面老頂周期來壓期間，來壓動(dòng)載系數(shù)的平均值為1.36，整個(gè)工作面立柱液壓值均較未來壓時(shí)增大，其中工作面中部和下部支架立柱的液壓值均大于工作面上部支架立柱的液壓值。工作面中部老頂周期來壓時(shí)支架立柱的液壓值達(dá)到36.5 MPa，而未來壓時(shí)僅僅為25.8 MPa，來壓時(shí)和未來壓時(shí)立柱液壓值之比為1.41，這說明工作面中部礦壓在來壓和未來壓時(shí)區(qū)別較明顯。

9102 工作面頂板來壓與未來壓時(shí)圍巖狀況如表4 所示。從表4 中可以看出，工作面在非來壓期間，煤壁片幫深度和架前漏頂程度均不明顯，工作面端面煤巖體控制效果良好，有利于工作面快速推進(jìn)；但在工作面來壓期間，受礦山壓力的反復(fù)擾動(dòng)，端面煤巖體變得極為破碎，煤壁片幫深度顯著增加；同時(shí)，由于存在梁端距，碎裂煤體也出現(xiàn)了漏冒，最大冒高達(dá)到了0.78 m。因此，要加強(qiáng)工作面過斷層等特殊時(shí)段的頂板管理工作，防止惡性冒頂事故的發(fā)生。

表4 9102 工作面頂板來壓與未來壓時(shí)圍巖狀況 單位：m

3 采場(chǎng)圍巖控制實(shí)踐及效果評(píng)價(jià)

端面煤巖體控制應(yīng)以日常科學(xué)的頂板管理和支架的正規(guī)支護(hù)為基礎(chǔ)，據(jù)此設(shè)計(jì)了綜放工作面采場(chǎng)圍巖控制體系，如圖2 所示。整個(gè)體系分為三個(gè)方面：一是提高塊裂巖體強(qiáng)度，避免頻繁操作液壓支架，減少支架反復(fù)支承次數(shù)，同時(shí)使支架初撐力達(dá)標(biāo)，減緩煤壁前方支承壓力，在特殊時(shí)期對(duì)頂板采取加固處理等措施；二是改善塊裂巖體承載條件，避免仰斜開采，保障支架合理的初撐力和工作阻力，提高支護(hù)強(qiáng)度等；三是采取有效支護(hù)措施，包括增大支架水平支護(hù)力，縮小工作面端面距，采取更及時(shí)、更合理的移架方式，以及及時(shí)處置工作面冒頂事故等措施。此外，需高度重視提高液壓支架的管理水平，包括加強(qiáng)日常的維修維護(hù)、優(yōu)化液壓支架的工況條件、確保液壓支架應(yīng)有支護(hù)能力的發(fā)揮。

圖2 綜放工作面采場(chǎng)圍巖控制體系

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)高度重視液壓支架與采場(chǎng)圍巖協(xié)同支護(hù)作用的發(fā)揮，協(xié)同支護(hù)作用發(fā)揮得好，就可以充分利用圍巖的自承載能力來控制圍巖變形，發(fā)揮事半功倍的效果；協(xié)同支護(hù)作用發(fā)揮得差，圍巖的載荷則主要由液壓支架來承擔(dān)，當(dāng)液壓支架承載能力不足或者處于較差的工況條件時(shí)，就會(huì)發(fā)生端面冒頂片幫事故。在具體的指標(biāo)控制方面，應(yīng)該將支架梁端距控制在0.2～0.4 m，使液壓支架的工作阻力不低于7 000 kN，將液壓支架前立柱走向傾角控制在85°左右，從而提供給煤壁一定的水平支護(hù)力。除此之外，還必須加強(qiáng)液壓支架的使用管理工作，例如，工作面周期來壓期間，支架工必須跟緊煤機(jī)前滾筒拉架，煤機(jī)司機(jī)控制好割煤速度，出現(xiàn)煤壁片幫增加、懸頂面積增大等漏頂征兆時(shí)，為了保證快速推進(jìn)，可以適當(dāng)提高采煤機(jī)割煤速度；當(dāng)工作面局部壓力較大或有漏頂預(yù)兆時(shí)，在刮板運(yùn)輸機(jī)可彎曲程度內(nèi)，實(shí)行局部反復(fù)割煤，快速推過壓力集中區(qū)；周期來壓期間，盡可能超前拉架，針對(duì)壓力集中區(qū)域應(yīng)采用帶壓擦頂拉架，但必須保證支架一次拉到位，并充分發(fā)揮護(hù)幫板的作用；加強(qiáng)液壓系統(tǒng)及液壓支架的檢修和維護(hù)，保證所有液壓支架能夠達(dá)到初撐力，保證所有支架的立柱、平衡油缸安全閥能夠正常開啟。

4 結(jié)語

作為首采工作面，礦區(qū)上下高度重視9102 工作面采場(chǎng)礦壓觀測(cè)及端面煤巖體控制，在分析常規(guī)情況及異常情況下礦壓顯現(xiàn)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了深入研究，并基于此研究成果實(shí)施了采場(chǎng)圍巖控制實(shí)踐，得出液壓支架梁端距應(yīng)控制在0.2～0.4 m、液壓支架的工作阻力應(yīng)不低于7 000 kN、液壓支架前立柱走向傾角控制在85°上下等關(guān)鍵指標(biāo)，使得采場(chǎng)支架-圍巖系統(tǒng)的支護(hù)能力高效、可靠，有力保障了工作面的安全生產(chǎn)。