李智杰

【摘 要】 本文通過理論分析和現(xiàn)場實測的方法，對山西某礦25503大采高綜采工作面上覆巖層老頂?shù)牡V壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了研究，主要得到以下結(jié)論：理論計算得到25503大采高綜采工作面上覆巖層老頂?shù)某醮蝸韷号c周期來壓步距分別為21.2 m和8.65 m;現(xiàn)場觀測得到綜采工作面上覆巖層老頂?shù)某醮蝸韷号c周期來壓步距分別為20.5m和8.5 m。理論計算結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果基本一致，可以作為該礦其他工作面開采的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 中厚煤層;大采高;礦壓顯現(xiàn)

【中圖分類號】 TD322+.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）05-0003-02

工作面頂板來壓步距的大小對工作面上覆巖層老頂?shù)钠茢喾绞胶屠享攷r層的來壓強(qiáng)度有著直接影響。因此，工作面頂板的初次來壓和周期來壓步距的大小對工作面乃至整個礦井的安全生產(chǎn)管理具有極其重要的作用。工作面的支護(hù)形式、支護(hù)密度和采空區(qū)頂板處理與上覆巖層頂板的來壓步距的大小有著直接關(guān)系。通常情況下，工作面上覆巖層頂板的初次來壓與周期來壓往往需要通過對工作面現(xiàn)場的實際測量得到，其相應(yīng)得到的結(jié)果往往會指導(dǎo)該礦相鄰的其他工作面的安全生產(chǎn)。

1工程概況

山西某礦25503大采高綜采工作面，主采的中厚煤層為2#煤層，煤層厚度約為4.5m，采用單一傾向長壁開采方法，煤層開采過后，工作面后部的采空區(qū)采用頂板全部垮落法處理。25503煤層在大采高工作面內(nèi)不存在較大的斷層，煤層頂?shù)装鍘r層穩(wěn)定性高。25503煤層賦存情況如圖1所示。

2頂板來壓步距理論計算

在大采高綜采工作面煤層開采初期，工作面上覆巖層直接頂隨工作面的推進(jìn)而不斷掉落，并在工作面后方開采空間內(nèi)雜亂堆積。而工作面上覆巖層老頂?shù)膽衣睹娣e不斷增大，當(dāng)老頂?shù)膽衣毒嚯x達(dá)到其跨度極限時，老頂巖層就會發(fā)生突然的斷裂，此時老頂巖層中相鄰兩巖塊能夠鉸接在一起，進(jìn)而達(dá)到一種平衡狀態(tài)，但是在一些情況下，工作面上覆巖層老頂會發(fā)生臺階下沉，即滑落失穩(wěn)現(xiàn)象。以上稱之為大采高綜采工作面初次來壓。在工作面推進(jìn)一段時間后，上覆巖層老頂?shù)膽冶劢Y(jié)構(gòu)會出現(xiàn)周期性破斷現(xiàn)象。這為大采高綜采工作面的上覆巖層老頂?shù)闹芷趤韷哼^程。

將25503大采高綜放工作面的上覆巖層老頂巖層按照固支梁加以考慮，則工作面煤層開采初期的開采高度為4.50m，則經(jīng)過理論計算得到上覆垮落帶高度大于9m。因此，在考慮到垮落帶巖層已經(jīng)包含部分上覆老頂巖層，故認(rèn)為老頂分層分為下分層厚度6.2m和上分層厚度5.8m兩部分?；诶享敺謱雍穸扔嬎阍摯蟛筛呔C采工作面的初次來壓步距為：

式中：

h為老頂上分層厚度，5.8m;RT為老頂?shù)目估瓘?qiáng)度，約3.5MPa。q為老頂巖層受到的均布載荷，根據(jù)關(guān)鍵層理論得0.35MPa。

代入公式（1）可得25503大采高綜采工作面老頂?shù)某醮蝸韷翰骄嗉s為21.2m。

依據(jù)礦山壓力與巖層控制相關(guān)知識有：

則該大采高綜采工作面老頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗉s為8.65m。

3現(xiàn)場實測

3.1觀測方法

在25503大采高綜采工作面內(nèi)大采高綜采液壓支架的立柱上布置壓力傳感器，共計10個，分別安裝在5#、20#、35#、50#、65#、80#、95#、110#、125#和140#液壓支架的前柱上。壓力傳感器的布置如圖2所示。

在大采高綜放工作面的不斷推進(jìn)過程中，每間隔10分鐘將壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬷Ъ軘?shù)據(jù)收發(fā)室，收發(fā)室的工作人員及時對井下工作面內(nèi)液壓支架立柱的工作阻力值進(jìn)行統(tǒng)計和分析。

3.2觀測結(jié)果

圖3為20#、65#和110#液壓支架初次來壓步距統(tǒng)計圖。由圖可知，當(dāng)25503大采高綜采工作面頂板推進(jìn)到約9m時，工作面機(jī)頭位置7#～20#液壓支架上部直接頂巖層開始出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，伴隨直接頂?shù)袈湓业揭簤褐Ъ艿穆曇簟?/p>

當(dāng)工作面推進(jìn)到約16m時機(jī)頭位置處的液壓支架受到的工作阻力增大，均達(dá)到額定工作阻力，液壓支架上的安全閥頻繁開啟。但是，在大采高綜采工作面內(nèi)中部的液壓支架受到工作阻力值又有所上升，但小于工作面機(jī)頭與機(jī)尾處液壓支架的工作阻力。而當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)到約20.5m位置時，通過觀測數(shù)據(jù)可知，工作面中部65#、80#和95#液壓支架立柱受到的工作阻力急劇增大，且部分液壓支架上的安全閥頻繁開啟，此時則認(rèn)為25503大采高綜采工作面老頂巖層發(fā)生了初次來壓。當(dāng)工作面推進(jìn)到23m時，工作面恢復(fù)平靜，初次來壓結(jié)束。

當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)到25m左右時，大采高綜采工作面機(jī)頭5#和30#液壓支架立柱機(jī)尾位置處的125#和140#液壓支架立柱的工作阻力出現(xiàn)明顯增大的趨勢，而中部液壓支架卻依然在某一范圍波動，并未出現(xiàn)明顯的變化趨勢。當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)到28m左右時，大采高綜采工作面內(nèi)50#～115#液壓支架立柱的工作阻力開始增大。當(dāng)采煤機(jī)繼續(xù)推進(jìn)2刀時，部分液壓支架的安全閥開啟。此時則認(rèn)為25503大采高綜采工作面老頂巖層發(fā)生了周期來壓。當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)到29m左右時，工作面中部液壓支架立柱受到的工作阻力緩慢減小，此時則認(rèn)為大采高綜放工作面上覆巖層老頂?shù)闹芷趤韷喊l(fā)生完成。之后在工作面推進(jìn)到35m、43m、52m、60m、67m、75m時，同樣統(tǒng)計到上覆老頂巖層出現(xiàn)周期來壓。圖4為20#、65#和110#液壓支架周期來壓步距統(tǒng)計圖。

通過現(xiàn)場測量得到，25503大采高綜采工作面上覆巖層老頂?shù)某醮蝸韷号c周期來壓步距分別為20.5m和8.5m，與理論計算得到的結(jié)果基本相一致，因此25503大采高綜采工作面的數(shù)據(jù)可以作為該礦其他工作面開采的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。

4結(jié)論

本文通過理論分析和現(xiàn)場實測的方法，對山西某礦25503大采高綜采工作面上覆巖層老頂?shù)牡V壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了研究，主要得到以下結(jié)論：

（1）通過結(jié)合理論力學(xué)和礦山壓力與巖層控制相關(guān)理論知識，計算得到25503大采高綜采工作面上覆巖層老頂?shù)某醮蝸韷号c周期來壓步距分別為21.2m和8.65m。

（2）通過現(xiàn)場實際觀測得到25503大采高綜采工作面上覆巖層老頂?shù)某醮蝸韷号c周期來壓步距分別為20.5m和8.5m。理論計算結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果基本一致，可以作為該礦其他工作面開采的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。

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