袁 猛

(山西省陽泉煤業(yè)集團沙鋼礦業(yè)投資有限公司，山西 臨汾 043500)

隨著技術(shù)的發(fā)展，我國對礦壓顯現(xiàn)的研究愈發(fā)廣泛，但對于綜放開采的研究并不是很多。當(dāng)前，綜放開采是我國煤層開采的重要途徑之一，對于埋深不規(guī)則綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析，可為掌握礦壓規(guī)律，確定工作面支護強度等具體工作提供重要依據(jù)[1]。

1 礦井基本概況

本文主要研究的S煤礦，礦區(qū)內(nèi)主采煤層是6號煤層，平均厚度16.9 m，煤層傾角3°～5°。頂板巖層主要為砂巖、泥巖等；底板巖層則以沙質(zhì)泥巖、細砂巖為主。S煤礦的6204工作面在+1 080 m水平，工作面埋深為170 m～200 m，其工作面分為兩段，A段開切眼長為86.4 m，推進長度222 m，B段開切眼長126.5 m，推進長度371 m，6204工作面采用長壁放頂煤采煤法，后退式開采，煤層厚度10 m，切割高度3 m，放煤高度7 m。工作面選用ZF9000/17/32型支撐掩護式液壓支架作中間架，主運輸巷斷面4.6 m×2.9 m，輔運輸巷斷面為4.2 m×2.9 m，頂錨桿使用Φ18 mm×2 100 mm無縱筋螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm，鋪設(shè)10號單層菱形金屬網(wǎng)，每3 000 mm打1個根錨索。工作面?zhèn)葞筒课挥忙?6 mm×1 600 mm的玻璃鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 000 mm，鋪設(shè)塑料尼龍網(wǎng)。煤柱側(cè)幫部分，則采用Φ18 mm×1 600 mm縱筋螺紋鋼錨桿，設(shè)置間排距為1 000 mm×1 000 mm，并設(shè)10號單層菱形金屬網(wǎng)[2]。

2 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

2.1 支架礦壓顯現(xiàn)

礦井的5、15、25、35、45、55、65、75、82號工作面上，分別安設(shè)了CDW-60R型支架壓力記錄儀，由于工作面分A、B兩段，分別對這兩段做出分析。

A段工作面來壓方面，A段開切眼寬86.4 m，在6204工作進行54 m推進時，在15、25、35、45號支架都有一次強烈的來壓，因此，確定A段工作面基本頂初次來壓，步距平均為54 m，動載系數(shù)達到1.65左右，是比較劇烈來壓顯現(xiàn)，之后，再次測量，動載系數(shù)略微降低[3]。表1為A段步距與動載系數(shù)規(guī)律。

表1 6204工作面A段來壓步距(部分)

B段工作面來壓方面，B段工作面開切眼寬126.5 m，在6204工作面B段推進33.2 m的情況下，工作面支架有一次強烈的基本頂初次來壓，平均步距33.2 m，平均動載系數(shù)為1.59，來壓顯現(xiàn)較劇烈。第162頁表2為B段步距與動載系數(shù)規(guī)律。

由表1、表2可以得出：當(dāng)工作面開切眼寬度由86.4 m增長到126.5 m時，工作面增加了25%，加之，推進到切開眼變化段時，工作面停止了很長一段時間，B段初次來壓比后面大。因此，通過對比分析可知，工作面增加以后，頂板的斷裂活動超前和充分采動來的時間較早，所以造成初次及周期的來壓步距減小，動載來壓強烈程度也隨之降低。

表2 6204工作面B段來壓步距(部分)

2.2 巷道變形分析

為了解工作面推進期間回采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，S礦井在巷道中設(shè)置了表面位移檢測系統(tǒng)。此系統(tǒng)通過工作面開切眼到測點的距離，分別檢測了巷道兩幫和頂?shù)装宓奈灰茢?shù)量和推進距離的關(guān)系。通過研究檢測結(jié)果得出，在工作面推進時，回采巷道的變形量小，即便是在初次來壓和周期來壓的間隙，最大變形量僅為10 mm，變形情況也無明顯變化。由于工作人員對最大變形量無法進行區(qū)分，工作面前方影響區(qū)、劇烈影響區(qū)的辨別工作很難通過巷道變形分析的方式進行[4]。

3 超前應(yīng)力的監(jiān)測和探測

3.1 持續(xù)監(jiān)測采動應(yīng)力

1) 工作面煤壁側(cè)采動應(yīng)力的變化規(guī)律。首先，在采動應(yīng)力連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的選擇上，KJ-25煤力檢測系統(tǒng)將用于監(jiān)測中，此系統(tǒng)由KJ25-F礦用本安型壓力監(jiān)測分站、鉆孔應(yīng)力以及KJ25-Z信號轉(zhuǎn)換器組合而成。其次，在具體實施步驟方面，測試人員在6204工作面回風(fēng)巷中的工作面煤壁側(cè)面，工作面煤柱，安裝了1號～6號，共6支鉆孔應(yīng)力計，其安裝深度分別為3、5、7、9、11、13 m。應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果表明，工作面在回采到距離1號鉆孔應(yīng)力計2.1 m時，應(yīng)力開始急速增大，到0.1 m時達到最大；當(dāng)工作面回采到距離3號鉆孔應(yīng)力計4.9 m時，此處的應(yīng)力開始急速增大，且到4.4 m時應(yīng)力達到最大值；在工作面回采到距離6號鉆孔應(yīng)力計4.2 m時，應(yīng)力在此處急劇增大，并到3.2 m處達到最大值。綜上所述，6204工作面基本上沒有前方影響區(qū)，超前劇烈影響范圍在距離煤壁5 m以內(nèi)，超過5 m以后工作面的超前支承應(yīng)力變化會減小[5]。

2) 煤柱側(cè)采動應(yīng)力的變化規(guī)律。當(dāng)工作面推進到距離1號鉆孔應(yīng)力計0.6 m時，鉆孔應(yīng)力計相對值雖然變化較小，但也開始發(fā)生變化，推進到8.9 m后，相對值開始快速增加并在推進至9.6 m以后達到最大值。因此，煤柱側(cè)的超前劇烈影響的范圍較小，其工作面后方影響范圍為8.9 m～9.6 m。煤柱側(cè)采動應(yīng)力的變化如圖1所示。

圖1 煤柱側(cè)采動應(yīng)力的變化

3.2 CT探測采動應(yīng)力

采動力探測采用PASAT-M型便攜式微震探測系統(tǒng)，PASAT-M基于地震波層析成像技術(shù)(即地震波CT技術(shù))，通過地震波穿越煤礦或巖體時能量的變化，可得到煤巖體中地震波速度或者地震波衰減程度的圖像，可以較為簡便地得出煤體的地質(zhì)構(gòu)造及應(yīng)力異常部分以及煤層厚度變化等異常區(qū)域。這項技術(shù)為煤礦開采過程中在工作面開采設(shè)計、動力災(zāi)害預(yù)測預(yù)報、防治效果檢驗及安全工作實施方法的制定提供了重要理論與現(xiàn)實依據(jù)。

實驗通過層析成像探測，獲得了35炮，每炮12道，共420項地震數(shù)據(jù)。在儀器進行探測時，沒有噪聲等其他因素的干擾，因此基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為科學(xué)。煤層在開采過程中，工作面內(nèi)不同位置會發(fā)生應(yīng)力變化，地震波在應(yīng)力低的位置傳播速度慢；地震波在應(yīng)力高的位置傳播速度較快，呈現(xiàn)一種高速傳播特征。如，地震波突然出現(xiàn)高速異?，F(xiàn)象，可能是應(yīng)力集中區(qū)域或煤厚變薄區(qū)域。具體來說，假設(shè)地震波波速位于工作面附近，且距離工作面0 m～20 m，在靠近工作面一側(cè)CT異常，同時，根據(jù)工作人員現(xiàn)場勘查，煤層厚度、矸石等客觀條件與其他區(qū)域變化不大，且沒有構(gòu)造，可判斷此處是應(yīng)力集中區(qū)。若CT異常值不高，地點位于輔運巷道附近，位置在距工作面55 m～95 m處，則可判斷此處是煤層變薄區(qū)域[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，不規(guī)則工作面的來壓步距和開切眼長度有關(guān)，開切眼長度越長，來壓步數(shù)減小，來壓強度就越低；此外，工作面推進時，巷道無明顯變形，同時，該工作面支承壓力超前影響范圍僅為5 m，超過5 m后工作面超前支承壓變化小。通過分析可得，工作面加長，來壓步距減小，動載來壓強烈程度也隨之降低。因此，工作人員在進行煤礦作業(yè)時，可充分參考以上數(shù)據(jù)，保證作業(yè)安全。