火成岩侵蚀条件下不稳定煤层矿压显现规律探讨

张凡刚

（山东鑫国煤电有限责任公司，山东 肥城271613）

0 引言

受火成岩侵蚀的煤层极不稳定， 对煤炭的开采难度增加，且顶板来压时极易造成顶板事故。 为了达到安全生产，急需对该矿工作面矿压显现规律有一个更清楚更系统的认识。

我矿井井田含煤地层为太原组和山西组，山西组(P1s)厚40.35～193.25m，平均78.15m(厚度未剔除地层中夹杂的岩浆岩)，由浅灰至灰白色砂岩、深灰至灰黑色泥岩、粉砂岩及煤层组成，为主要含煤地层，局部有岩浆侵入，与太原组连续沉积。 本井田主采的3(3 下)煤层位于本组中、下部，为本井田主要含煤地层。 太原组（C2P1t）厚143.70～237.81m，平均176.04m(厚度未剔除地层中夹杂的岩浆岩)，由灰至灰黑色泥岩、粉砂岩、砂岩、薄层灰岩及煤层组成，底部有杂色含鲕粒泥岩，局部地段有岩浆岩侵入。 与本溪组连续沉积。 含煤16 层，含石灰岩9 层，其中三、十下灰全井田发育，是本井田的重要标志层。

1 工作面地质及支护情况

1.1 工作面地质情况

3101 工作面为3100 采区工作面，工作面西部为3100 采区轨道、胶带及回风下山，北为正在掘进的3103 轨道顺槽，南为正在施工的东翼轨道和胶带大巷，东无采掘工程。 工作面地面标高+40.7～+41.0m，井下标高-582.4～-645.2m，走向长445m，倾向长80m，可采面积34383m2。

该面3 煤为无烟煤、1/3 焦煤和贫瘦煤，厚度0.35～3.5m，平均2.38 m，受岩浆岩侵蚀，3101 胶带顺槽煤层局部变薄。煤层结构简单～复杂， 块段Ⅱ中部煤层含夹矸0～1 层， 厚度0～0.64m， 其余块段不含夹矸。 煤层倾角在13～25°之间， 平均21°，煤层普氏硬度系数f=1.5～2.0。 本面为一宽缓向斜，西翼走向110°～100°，倾向20°～10°，倾角19°～22°；东翼走向103°～85°，倾向13°～355°，倾角13°～25°；煤层倾角平均21°。 根据巷道揭露，影响本面回采的断层4 条，落差0.8～4.5m（f2），f2断层对工作面回采影响较大，其他断层影响较小。

伪顶为泥灰色、灰黑色，含粉砂质，薄层状泥岩厚度0.6m直接顶为岩浆岩（粉砂岩）岩浆岩：灰白色、块状，细晶质结构，主要为长石。 厚度约8m 主要分布于工作面中西部。 粉砂岩：灰色、灰黑色，薄层状，夹少量泥岩，呈水平层理。 主要分布于工作面东部。 直接底为灰色块状，含黄铁矿及植物根化石粉砂岩厚度2.1m。 主要位于2009-1 钻孔以东。 老底为灰色、灰白色、深灰色，薄层状，呈水平层理，夹粉砂岩薄层，厚度为15.5m。

工作面受岩浆体入侵，本面揭露的岩浆岩为燕山晚期闪长玢岩， 根据现有资料分析岩浆岩沿煤层顶板顺层侵入，对煤层破坏范围较大，受此影响煤层变薄，局部被吞蚀。

1.2 工作面支护情况

工作面选用DY-25/100 型单体液压支柱、HDJA-1200 铰接顶梁、260mm 铁鞋和3mπ 型钢梁成对配合使用，四排支柱管理，采用全部垮落法处理顶板。

2 观测点的布置及数据整理

2.1 位置选取

工作面为走向长壁布置，在工作面沿倾斜方向布置3 个测站。 矿压人员分三班连续观测，观察单体液压支柱压力变化，顶板下沉量以及活柱下缩量。 上下顺槽分别设观测站，观测矿压对超前支护影响范围和变形量。

2.2 数据收集

为掌握工作面初次来压、周期来压等矿压显现规律及单体液压支柱支护效能，对工作面进行了观测41d，工作面推进42m。

2.3 规律分析

2.3.1 工作面矿压显现规律分析

从矿压三量数据的变化得到以下矿压显现规律：从实测数据来看，初压以及周期来压呈现来压现象明显，初压步距22m，周期来压步距约10m，并且来压时支柱载荷压力，顶板下沉量以及活柱下缩量变化大，可以判定：该工作面是初次来压和周期来压明显的工作面。

2.3.2 上下顺槽矿压显现规律

通过对3101 工作面的观测， 根据上下顺槽测点距工作面距离不同得出的变化位移如下图所示，水平位移变化速度在距工作面5m 左右时最大，约为53mm/d；而垂直位移变化速度在10m 左右最大，约为44mm/d；距离23m 以外顶板位移量变化已变的缓慢。 为了利于安全生产，应在距煤壁30m 以内加强管理，尤其应在距工作面煤壁17m 的范围内加强支护。

根据超前支护压力分布看出超前受压情况：

工作面上下顺槽的压力分布相似，上顺槽超前支撑压力峰值处于12m 范围内，单根支柱载荷平均为20MPa。 所以得出工作面上顺槽超前前15m 范围内应加强支柱管理。当测点在距工作面21m 左右时， 超前支柱载荷明显变小平均约为7MPa，处于较低的受力状态。

工作面下顺槽超前支撑压力峰值处于10m 范围内，单根支柱载荷平均为21.5MPa，得出下顺槽超前前15m 范围内应该加强支护，确保在此范围内的支护强度达到要求。 下顺槽在20m 往后，单根支柱的平均载荷就明显降低，约为8MPa。

通过上述可以看出工作面上下顺槽压力分布是相似的，跟现场实际情况相符，同时可看出工作面整体的超前支撑压力峰值区在工作面前方10m 处， 且该段巷道变形量显著增加，顶板来压时容易出现煤兜及有碎煤屑掉落的情况，往后22m 以外的巷道变形量相对变小，由此得知，该面规定超前支护为30m 是可取的。

3 结论

3.1 由于该工作面直接顶为砂岩且煤层受岩浆体入侵工作面在来压时现象明显，所以必须坚持多次注液，确保初撑力。各种特殊支护（密集、戗柱、贴帮柱、墩柱、丛柱、π 型钢大棚等）齐全正规。 若老空出现悬顶过大，必须人工放顶，消除危险隐患。 且在周期来压期间要加快推进速度，以甩掉顶板压力。

3.2 工作面初压步距为22m，周期来压步距较短，在10m 左右，工作面来压强度较大，来压程度明显。 因此周期来压期间应加强顶板管理，要确保工作面支柱初撑力不小11.5MPa，操作人员在回柱时谨慎操作， 要观察顶板及周围人员情况，防止倒柱伤人，且保证后退路畅通。 来压期间由工长及时对工作面进行巡视，若出现顶板来压征兆时，工长当机立断，将所有人员撤到安全地点，待压力稳定后，方可由外向里逐棚检查维护，确保安全。

3.3 在该特殊条件下随着距煤壁距离增大，工作面矿压显现在顶底板移近量上体现的更为明显。 因此该特殊条件下，工作面控顶距在满足通风、运输、行人等条件下尽量减小。