王帥帥

（晉城煤業(yè)集團(tuán)鳳凰山煤礦 ，山西 晉城 048007）

晉煤鳳凰山礦是一個(gè)歷史悠久的現(xiàn)代化礦井，由于井田范圍內(nèi)3#煤層和9#煤層資源開采已趨于枯竭，15#煤的開采勢在必行。15#煤層頂板無偽頂，直接頂與老頂為堅(jiān)硬巨厚K2石灰?guī)r，平均厚度9.11m，其巖性較好、結(jié)構(gòu)單一，單軸抗壓強(qiáng)度平均47MPa，屬堅(jiān)硬不易冒落頂板[1]，采場回采過后極易形成大面積懸頂，對采場的安全生產(chǎn)構(gòu)成了極大威脅。為此，晉煤鳳礦在一五二盤區(qū)首采面進(jìn)行了采場堅(jiān)硬頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究，進(jìn)一步探索并夯實(shí)了頂板支護(hù)技術(shù)及控制方法，實(shí)現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)與高產(chǎn)高效。

1 工作面概況

XV2304綜采工作面為鳳凰山礦一五二盤區(qū)首采面，設(shè)計(jì)傾斜長175.93m、走向長1196.88m，平均采高2.15m，所采的15#煤層位于石炭系太原組底部，平均埋深271m，傾角0～12°，平均3°，可采指數(shù)1.0，整體屬于穩(wěn)定可采中厚層。工作面為一單斜構(gòu)造，采用“U”型巷道布置方式，共布置有118架ZZ8000-17/32型及2架一組ZT16000-16/30型端頭支架支護(hù)工作面頂板，采用全部垮落法管理采空區(qū)頂板，兩巷采用錨網(wǎng)梁組合支護(hù)并采用單體液壓支柱進(jìn)行超前20m加強(qiáng)支護(hù)管理。

2 工作面及兩巷礦壓觀測設(shè)計(jì)

2.1 工作面觀測設(shè)計(jì)

工作面通過采用KJ216型多功能壓力監(jiān)測儀，分為五個(gè)測站進(jìn)行布置，將10臺壓力分機(jī)分別布置在工作面的 4#、5#、31#、32#、58#、59#、84#、85#、112#、113#支架上，同時(shí)將7臺KBJ-60Ⅲ-1型綜采壓力記錄儀分別布置在工作面的5#、21#、40#、43#、64#、86#、109#支架上的方法，來監(jiān)測支架的初撐力與工作阻力[2]；工作面活柱下縮量觀測點(diǎn)設(shè)在機(jī)頭、中部、機(jī)尾，具體支架號實(shí)測時(shí)選定；工作面宏觀觀測統(tǒng)計(jì)按順序從5#支架開始每隔10個(gè)架設(shè)置一個(gè)觀測剖面，計(jì)12個(gè)，采用鋼卷尺結(jié)合目測估法每天測一次。

圖1 巷道頂板壓力監(jiān)測

圖2 煤體應(yīng)力監(jiān)測

2.2 兩巷觀測設(shè)計(jì)

工作面兩巷內(nèi)每隔50m布置布置一組頂板離層儀對頂板離層情況進(jìn)行監(jiān)測，工作面煤避向外每隔60m進(jìn)行一次綜合測站觀測頂幫變化情況。其中綜合測站觀測內(nèi)容主要包括：①工作面超前支護(hù)區(qū)使用單體柱連續(xù)監(jiān)測記錄儀對巷道頂板壓力監(jiān)測，詳見圖1；②在工作面前方120m向外，于實(shí)體煤側(cè)每隔2m布置一個(gè)應(yīng)力計(jì)，共安裝7組，進(jìn)行煤體應(yīng)力監(jiān)測，詳見圖2；③使用多點(diǎn)位移計(jì)觀測頂板圍巖位移變化量和非回采幫煤體變形量進(jìn)行圍巖深部位移觀測，如圖3所示；④在巷道的頂板和非回采幫分別安裝兩組錨桿測力計(jì)進(jìn)行受力觀測，如圖4所示。

圖3 圍巖深部位移觀測

圖4 錨桿受力觀測

3 工作面及兩巷礦壓顯現(xiàn)特征分析

3.1 工作面來壓特征分析

1）初次來壓分析：根據(jù)工作面布置的壓力監(jiān)測儀數(shù)據(jù)分析可知，工作面出切眼后，隨著推進(jìn)度的不斷增大，支架所受載荷在逐漸增高，基本頂初次垮落大面積來壓期間，初次來壓步距為37.6m，支架最大工作阻力為7074.81kN，動載系數(shù)為1.42。

2）周期來壓分析：根據(jù)工作面初次來壓結(jié)束后，在推進(jìn)過程中前5次周期來壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為：周期來壓步距為16.7～27.4m，平均21.28m；支架的初撐力平均值為3925kN，占額定初撐力6185kN的63.46%；支架工作阻力分布在6103.38～7467.31kN，平均6736.24 kN，占額定工作阻力8000 kN的84.2%，平均動載系數(shù)1.27。具體特征見表1。

表1 XV2304工作面前歷次來壓動載特征

綜上數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場觀測結(jié)果表明，XV2304堅(jiān)硬頂板工作面初次來壓步距和周期來壓步距均相對較大，來壓期間，工作面超前支承壓力峰值在煤壁前方5～10m左右，在距煤壁2～6m范圍影響劇烈，支架載荷普遍較大，應(yīng)在來壓前做好上、下端頭的加強(qiáng)支護(hù)[3]，及時(shí)進(jìn)行退錨放項(xiàng)工作，防止大面積頂板垮落事故的發(fā)生。

3.2 工作面兩巷礦壓特征分析

1）頂板離層儀監(jiān)測結(jié)果分析：工作面前方120m范圍內(nèi)，隨著回采不斷向前推進(jìn)，頂板持續(xù)性出現(xiàn)離層現(xiàn)象，XV2207巷頂板離層值最大達(dá)37mm，XV2208巷離層值最大達(dá)43mm。

2）兩巷超前支護(hù)壓力觀測：根據(jù)兩巷超前支護(hù)單體柱工作阻力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，XV2207巷超前單體柱支護(hù)區(qū)距工作面10.5m為壓力峰值區(qū)，最大工作阻力平均在84.1kN；XV2208巷超前單體柱支護(hù)區(qū)距工作面12m為壓力峰值區(qū)，最大工作阻力平均在102.5kN。如圖5所示。

圖5 兩巷超前支護(hù)壓力曲線圖

3）煤體應(yīng)力及錨桿（索）受力觀測：根據(jù)煤體應(yīng)力計(jì)及錨桿（索）受力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，受動壓影響，煤柱幫內(nèi)8m處的應(yīng)力最大，2m處應(yīng)力最小，說明煤柱邊緣處內(nèi)應(yīng)力隨著工作面的推移在逐漸釋放，頂板錨索受力峰值在工作面前方12m向外逐漸前移，讀數(shù)值與基數(shù)值最大差值為35kN。

圖6 兩巷頂?shù)装逡平壳€圖

圖7 兩巷幫部移近量曲線圖

4）圍巖深部位移觀測：在回采過程中，根據(jù)綜合測站監(jiān)測數(shù)據(jù)整理分析，XV2207巷頂板最大下沉量為17mm，底板最大底鼓量為195mm，非回采幫最大位移量為412mm，回采幫最大位移量為260mm；XV2208巷頂板最大下沉量為22mm，底板最大底鼓量為340mm，非回采幫最大位移量為530mm，回采幫最大位移量為210mm。隨著工作面推進(jìn)，當(dāng)測站距工作面20m左右時(shí)，受支承壓力影響巷道圍巖變形速度加快，頂?shù)装遄畲笠平?62mm。具體頂幫表面位移情況分別見圖6、圖7。

4 對應(yīng)頂板管控措施

1）在回采過程中，加長升架時(shí)間，提高支架初撐力達(dá)標(biāo)率，同時(shí)加強(qiáng)支架立柱的檢修與維護(hù)，根據(jù)頂板動載劇烈程度，將安全閥開啟值調(diào)至合理范圍，確保支架工作的整體性。

2）來壓期間，要適當(dāng)加快工作面的推進(jìn)速度，從而縮短工作面的來壓時(shí)間，促使支架能夠及時(shí)“甩壓”[3]，同時(shí)對上、下端頭需加強(qiáng)支護(hù)，嚴(yán)格按退錨放頂措施要求進(jìn)行退錨放頂，確保放頂效果，尤其是上隅角切頂柱要成排成線，嚴(yán)禁出現(xiàn)缺梁少柱現(xiàn)象，減小三角區(qū)懸頂面積。

3）針對來壓期間煤壁片幫嚴(yán)重的問題，要做到帶壓擦頂移架，移架后梁端要頂緊煤壁，升架時(shí)先升后柱再升前柱，并及時(shí)打出護(hù)幫板進(jìn)行護(hù)幫，充分利用礦壓規(guī)律調(diào)整移架順序，盡可能用支架分擔(dān)一部分煤壁前方的支承壓力來減緩煤體的受力[4]。

4）在兩巷內(nèi)超前工作面煤壁120m進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)，超前工作面煤壁30m范圍套單體柱板梁棚進(jìn)行超前補(bǔ)強(qiáng)維護(hù)，以增強(qiáng)巷道圍巖的整體性和自穩(wěn)能力，以此來“抵抗”巷道圍巖的快速變形[5]。

5 結(jié)語

一五二盤區(qū)首采面礦壓規(guī)律復(fù)雜多變，通過分析研究其礦顯現(xiàn)特征，提出了合理的頂板管控安全技術(shù)措施，充分依托現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)手段，能極大提高圍巖監(jiān)測的精準(zhǔn)度，為工作面的來壓步距、來壓強(qiáng)度及壓力分布等規(guī)律的分析提供了必要的技術(shù)支撐，基本弄清了一五二盤區(qū)頂板來壓顯現(xiàn)規(guī)律，為盤區(qū)后續(xù)工作面頂板科學(xué)管理、巷道合理支護(hù)、礦井的安全生產(chǎn)與高產(chǎn)高效創(chuàng)造了條件。