王清亮

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000)

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·試驗(yàn)研究·

兩側(cè)實(shí)體煤側(cè)向采動(dòng)環(huán)境下工作面礦壓顯現(xiàn)實(shí)測(cè)

王清亮

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000)

為了確定某井田31303工作面在兩側(cè)采空區(qū)側(cè)向采動(dòng)環(huán)境下工作面設(shè)備的可靠性，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，監(jiān)測(cè)了工作面在周期來壓、顯著運(yùn)動(dòng)、相對(duì)穩(wěn)定幾個(gè)步距，同時(shí)對(duì)工作面支架阻力進(jìn)行觀測(cè)，并觀測(cè)了工作面宏觀礦壓顯現(xiàn)情況，觀測(cè)結(jié)果表明，工作面支架能夠滿足生產(chǎn)需求。

采空區(qū)；采動(dòng)影響；礦壓顯現(xiàn)；支架阻力

側(cè)向采動(dòng)環(huán)境是指以工作面推進(jìn)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)方向，位于采煤工作面兩側(cè)煤層或巖層的存在狀態(tài)。對(duì)于煤炭開采來講，其存在狀態(tài)主要包括采動(dòng)與未采動(dòng)兩種。采動(dòng)是指在煤層或巖層中開掘巷道或進(jìn)行回采工作，其表現(xiàn)形式為形成采空區(qū)；未采動(dòng)狀態(tài)表現(xiàn)形式為煤巖體存在。

1 工程背景

某井田內(nèi)含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，含有2、3、4、5、6五個(gè)煤組，含煤地層總厚度174.55～307.32 m/224.45 m. 31303工作面回采3-1煤層，該煤層位于侏羅系中下統(tǒng)延安組上部，屬全區(qū)可采穩(wěn)定煤層，是井田的主要可采煤層之一。煤層厚度5.45～7.15 m/6.14 m，埋深382.45～455.33 m/418.3 m，傾角1°～3°. 煤層厚度總體變化較小，局部有波狀起伏，屬于穩(wěn)定偏較穩(wěn)定煤層。工作面煤層上覆侏羅系中統(tǒng)直羅組隔水層，隔水性能良好，對(duì)工作面回采的影響較小，水文地質(zhì)條件屬于“簡(jiǎn)單”類型。井田內(nèi)的斷層延展長(zhǎng)度不大，斷距均小于或等于10 m，構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類型。

31303大采高綜采工作面為礦井開采的第一水平第二個(gè)工作面，煤層底板標(biāo)高931.6～944.0 m，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度4 227.92 m，寬300.58 m，工作面面積127.08萬(wàn)m2. 31303工作面開采的為近水平厚煤層，結(jié)合礦井開拓布置，31303工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式大采高一次采全高綜合機(jī)械化采煤方法，采高5.53 m，采用自然垮落法管理采空區(qū)頂板。31303工作面煤層頂?shù)装迩闆r見表1. 31303工作面巷道布置平面圖見圖1.

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

圖1 31303工作面巷道布置圖

31303工作面頂板主要由砂質(zhì)泥巖和中粒砂巖組成，強(qiáng)度中等；底板主要由泥巖、炭質(zhì)泥巖組成，強(qiáng)度低，遇水易膨脹泥化，極易造成超前單體“鉆底”等現(xiàn)象。正常推進(jìn)時(shí)工作面留底煤護(hù)底，底煤厚度不超過0.5 m.

由圖1可知，工作面自開切眼后至推進(jìn)1 458 m階段為兩側(cè)實(shí)體煤側(cè)向采動(dòng)環(huán)境，推進(jìn)1 458 m后31303工作面回風(fēng)順槽即與第1個(gè)工作面31301工作面采空區(qū)相鄰，為一側(cè)采空區(qū)一側(cè)實(shí)體煤側(cè)向采動(dòng)環(huán)境。區(qū)段煤柱寬度18 m.兩側(cè)實(shí)體煤側(cè)向采動(dòng)環(huán)境示意圖見圖2.

圖2 兩側(cè)實(shí)體煤側(cè)向采動(dòng)環(huán)境示意圖

2 工作面頂板運(yùn)動(dòng)步距實(shí)測(cè)

對(duì)6個(gè)監(jiān)測(cè)部位處工作面正常推進(jìn)階段基本頂周期來壓步距進(jìn)行了分析和統(tǒng)計(jì)，在工作面推進(jìn)505 m過程中，工作面經(jīng)歷了初次來壓和26～30個(gè)完整周期來壓。本次重點(diǎn)研究工作面頂板初次來壓之后工作面正常推進(jìn)階段頂板運(yùn)動(dòng)步距。

2.1 周期來壓步距

工作面6條測(cè)線部位處頂板周期來壓步距統(tǒng)計(jì)見表2.

由表2可知：

1) 頂板周期來壓步距平均值c=13.4～16.2 m/14.5 m，平均步距折合割煤刀數(shù)18～19刀。工作面下部頂板周期來壓步距最大，為16.1 m；工作面上部頂板周期來壓步距最小，為13.5 m.

表2 31303工作面頂板周期來壓步距c統(tǒng)計(jì)表

2) 頂板周期來壓步距均方差4.4～7.3 m/5.6 m. 工作面下部頂板周期來壓步距均方差最大，為6.2～7.3 m/6.75 m；工作面上部頂板周期來壓步距均方差最小，為4.4～4.7 m/4.65 m.

3) 工作面下部130#支架處頂板周期來壓步距變化范圍最大，為5.2～32.9 m，最大與最小步距相差27.7 m，均方差7.3 m，離散型最大；工作面上部44#支架處頂板周期來壓步距變化范圍最小，為5.8～21.5 m，最大與最小步距相差15.7 m，均方差4.4 m，離散型最小。

2.2 顯著運(yùn)動(dòng)步距

工作面6條測(cè)線部位處頂板顯著運(yùn)動(dòng)來壓步距統(tǒng)計(jì)見表3.

表3 工作面6條測(cè)線部位頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距a統(tǒng)計(jì)表

由表3可知：

1) 頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距平均值a=6.5～8.4 m/7.6 m，a≈0.52c，約合割煤刀數(shù)9～10刀。工作面下部頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距最大，為8.25 m；工作面中部頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距最小，為6.55 m.

2) 頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距均方差3.2～4.7 m/3.8 m. 工作面下部頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距均方差最大，為4.4～4.7 m/4.55 m；工作面中部頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距均方差最小，為3.2～3.6 m/3.4 m.

3) 工作面下部130#支架處頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距變化范圍最大，最大與最小步距相差16.4 m，均方差4.7 m，離散型最大；工作面上部45#支架處頂板顯著運(yùn)動(dòng)步距變化最小，為2.9～15.1 m，最大值與最小值相差12.2 m，均方差3.6 m，離散型較小。

2.3 相對(duì)穩(wěn)定步距

工作面6條測(cè)線部位處頂板相對(duì)穩(wěn)定步距統(tǒng)計(jì)見表4.

表4 工作面6條測(cè)線部位頂板相對(duì)穩(wěn)定步距b統(tǒng)計(jì)表

由表4可知：

1) 頂板相對(duì)穩(wěn)定步距平均值b=5.2～7.8 m/6.8 m. 工作面下部頂板相對(duì)穩(wěn)定步距最大，為7.75 m；工作面上部頂板相對(duì)穩(wěn)定步距最小，為5.4 m.

2) 頂板相對(duì)穩(wěn)定步距均方差2.7～4.7 m/3.8 m. 工作面中部頂板相對(duì)穩(wěn)定步距均方差最大，為4.2～4.7 m/4.55 m；工作面上部頂板相對(duì)穩(wěn)定步距均方差最小，為2.7～3.1 m/2.9 m.

3) 工作面中部86#支架處頂板相對(duì)穩(wěn)定步距變化范圍最大，為1.9～20.6 m，最大與最小步距相差18.7 m，均方差4.7 m，離散型最大；工作面上部45#支架處頂板相對(duì)穩(wěn)定步距變化最小，為1.5～9.8 m，最大值與最小值相差8.3 m，均方差2.7 m，離散型最小。

3 工作面支架工作阻力分析

31303工作面基本支架采用鄭州煤機(jī)集團(tuán)ZYl2000/28/63型掩護(hù)式支架，額定工作阻力12 000 kN. 工作面最大控頂距5 940 mm，最小控頂距5 140 mm，支架中心距1 750 mm，立柱缸徑400 mm，額定初撐力31.4 MPa(7 916 kN).

3.1 支架初撐力

工作面6條測(cè)線處支架初撐力及利用率統(tǒng)計(jì)見表5.

表5 31303工作面6條測(cè)線部位支架初撐力統(tǒng)計(jì)表

由表5可知：

1) 31303工作面支架初撐力統(tǒng)計(jì)均值4 521～5 468/5 101 kN，占額定初撐力的57.11%～69.07%/64.44%.

2) 初撐力均方差平均值1 370～2 007/1 689 kN，占實(shí)測(cè)初撐力平均值的33.10%，離散性偏大。

按照31303綜采工作面作業(yè)規(guī)程規(guī)定，工作面支架初撐力應(yīng)達(dá)到其額定初撐力的80%(6 333 kN)的管理目標(biāo)要求，整個(gè)監(jiān)測(cè)過程各支架62.37%～81.72%/74.52%工作循環(huán)的初撐力小于該規(guī)定值，且同一支架的工作循環(huán)初撐力存在明顯且較大幅度的波動(dòng)。支架實(shí)際初撐力利用率為57.11%～69.07%/64.44%，因此，工作面支架初撐力利用率偏低。

3.2 支架循環(huán)末阻力

6條測(cè)線處支架整架工作阻力統(tǒng)計(jì)見表6.

由表6可知：

1) 工作面支架循環(huán)末阻力均值7 666～8 443/8 120 kN，均未超出支架的額定工作阻力，占額定工作阻力的63.88%～70/36%/67.66%.

2) 工作面3個(gè)區(qū)域整架末阻力之比，上部∶中部∶下部=1.09∶1∶1.08. 工作面上部和下部支架循環(huán)末阻力大于工作面中部阻力平均值。支架整架工作阻力利用率僅63.880%/0～70.36%，平均67.66%，方差約為均值的0.30倍，表明整架工作阻力整體利用率不高。

3.3 頂板來壓時(shí)支架壓力

工作面頂板來壓時(shí)6條測(cè)線部位支架工作阻力分布統(tǒng)計(jì)見表7.

表6 31303工作面6條測(cè)線部位支架工作阻力分布統(tǒng)計(jì)表

表7 工作面來壓時(shí)支架工作阻力分布統(tǒng)計(jì)表

由表7可知：

1) 工作面頂板來壓時(shí)，支架均值阻力10 224～10 429/10 334 kN，支架均值阻力占支架額定工作阻力的85.20%～86.91%/86.11%，此時(shí)支架工作阻力利用率較高。

2) 工作面頂板來壓時(shí)，工作面支架均值壓力近似相等，表明工作面面長(zhǎng)方向各區(qū)域頂板壓力來壓強(qiáng)度差別不大。

3) 工作面頂板來壓時(shí)，支架工作阻力均方差1 117～1 419 kN/1 305 kN，支架工作阻力均方差占支架實(shí)測(cè)均值阻力10.80%～13.73%/12.63%，整體波動(dòng)不大。

整體而言，工作面支架額定工作阻力大于來壓時(shí)支架工作阻力。統(tǒng)計(jì)過程中，除個(gè)別情況支架壓力較大外，其余支架壓力均正常。工作面所用支架滿足工作面的正常生產(chǎn)。

3.4 頂板來壓前支架壓力

工作面頂板來壓前6條測(cè)線部位支架工作阻力分布統(tǒng)計(jì)見表8.

表8 工作面來壓前支架工作阻力分布統(tǒng)計(jì)表

由表8可知：

1) 工作面頂板來壓前支架工作阻力5 695～6 846 kN/6 388 kN，占支架額定工作阻力47.46%～57.05%/53.23%，此時(shí)支架工作阻力利用率較低。

2) 工作面頂板來壓前，工作面3個(gè)區(qū)域內(nèi)支架工作阻力上部∶中部∶下部=1.14∶1∶1.16. 其中，工作面中部支架平均工作阻力最小，為5 813 kN；工作面上部和下部支架平均工作阻力基本相同，分別為6 616 kN和6 736 kN.

3) 工作面頂板來壓前，支架工作阻力均方差1 287～1 933/1 567 kN，支架工作阻力均方差占支架實(shí)測(cè)均值阻力20.15%～30.26%/24.53%，整體波動(dòng)較大。

3.5 支架動(dòng)載系數(shù)

6個(gè)監(jiān)測(cè)部位支架動(dòng)載系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表9.

表9 基本頂來壓強(qiáng)度與動(dòng)載系數(shù)間關(guān)系表

動(dòng)載系數(shù)作為一項(xiàng)衡量基本頂來壓強(qiáng)度的重要指標(biāo)，只能定量地描述基本頂來壓強(qiáng)度，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，動(dòng)載系數(shù)結(jié)合支架使用情況能夠較準(zhǔn)確地反映出基本頂來壓強(qiáng)度。支架動(dòng)載系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表10.

表10 31303工作面支架動(dòng)載系數(shù)分布統(tǒng)計(jì)表

由表10可知：

1) 支架動(dòng)載系數(shù)平均值1.52～1.83/1.62，工作面基本頂來壓屬于“強(qiáng)烈”范疇。其中，86#支架動(dòng)載系數(shù)最大為1.83，13l#支架動(dòng)載系數(shù)最小為1.52.

2) 工作面支架各部均值動(dòng)載系數(shù)之比，上部∶中部∶下部=1.02∶1.18∶1.其中，工作面中部基本頂來壓最強(qiáng)烈，工作面上部和下部基本頂來壓強(qiáng)度相當(dāng)。

3) 工作面支架動(dòng)載系數(shù)均方差0.00～0.06/0.03，支架動(dòng)載系數(shù)圍繞平均值小范圍波動(dòng)。

4 工作面宏觀礦壓顯現(xiàn)情況

4.1 頂板冒落

對(duì)工作面推進(jìn)過程中頂板冒落情況進(jìn)行了41次統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)情況見表11.

表11 31303工作面頂板冒落情況統(tǒng)計(jì)表

由表11可知：

1) 工作面頂板平均冒落寬度434～478 mm/架/452 mm/架。其中，工作面中部冒頂嚴(yán)重，平均478 mm/架：工作面上部和下部較輕。

2) 工作面頂板平均冒落高度61～76 mm/68 mm. 其中，工作面中部冒頂嚴(yán)重，平均76 mm；工作面下部較輕，平均61 mm.

4.2 煤壁片幫

對(duì)31303工作面進(jìn)行了38次片幫測(cè)量統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)情況見表12.

表12 31303工作面片幫情況統(tǒng)計(jì)表

由表12可知：

1) 工作面進(jìn)入周期來壓階段后，工作面煤壁片幫值開始逐步增大，最大片幫值可達(dá)1 000 mm，平均片幫值109 mm.

2) 工作面3個(gè)區(qū)域煤壁片幫96～122 mm，平均片幫值109 mm；工作面中部煤壁片幫最嚴(yán)重，平均122 mm；上部煤壁片幫程度較輕，平均96 mm. 但工作面整體片幫不大，在可控范圍之內(nèi)。

5 結(jié) 論

在工作面正常生產(chǎn)過程中支架整架均值阻力占支架額定工作阻力的85.20%～86.91%/86.11%，此時(shí)支架工作阻力利用率較高。工作面頂板來壓前，支架工作阻力均方差1 287～1 933/1 567 kN，支架工作阻力均方差占支架實(shí)測(cè)均值阻力20.15%～30.26%/24.53%，整體波動(dòng)較大，需要加強(qiáng)此段時(shí)間對(duì)支架的管理。同時(shí)，可以看到，工作面宏觀礦壓顯現(xiàn)并不明顯，片幫與頂板冒落在可控范圍。

[1] 劉曉明，趙同彬，王明強(qiáng)，等.固體充填工作面支架工作特性及頂板控制分析[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2017(02):54-57.

[2] 韓 龍.綜采工作面末采及回撤礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與頂板控制技術(shù)[J].煤礦安全,2017(S1):89-92.

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Measurement of Mine Pressure Behavior of Integrated Coal on Both Sides of Coal Face

WANG Qingliang

For the determination of the reliability of the face support equipment in 11303 working face under the condition of side direction mining with mined-out area in two sides in a coal mine, the monitoring and measurement are conducted on production pressure, periodical pressure, notable movement, relatively stable space. The Macro mine pressure behavior in the working face is also observed. The results show that supports can meet the production demand in the working face.

Goaf; Mining effect; Strata behavior; Support resistance

2017-03-10

王清亮(1972—)，男，山西孝義人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，高級(jí)工程師，主要從事煤炭生產(chǎn)技術(shù)管理工作

(E-mail)zfg3259@163.com

TD327.2

B

1672-0652(2017)05-0016-05