白源煤矿31810工作面跨巷开采矿压显现与分析

2014-12-13龙安清王海华黄占源

江西煤炭科技 2014年3期

龙安清，王海华，黄占源

（江西煤业集团有限公司白源煤矿，江西萍乡 337039）

1 矿井概况

白源煤矿为江西煤业集团主力矿井之一，主要开采三叠系上统安源组紫家冲段82煤层，煤层倾角7°～55°，平均31°。煤层厚度0～12.6m，平均3.8m（含夹矸）。煤层直接顶为深灰色细砂岩，厚1.3m；老顶为灰色细砂岩与粉砂岩，厚度20～25m。直接底为0.1～0.3m 深灰色页岩，老底为灰黑色粉砂岩夹薄层状细砂岩，厚度为6～10m，其下为厚5～18m 灰色砾岩，该砾岩岩性较好，主要分布在82煤层底部10～30m 范围内，白源煤矿主要运输巷基本布置在此岩层中。

2 工作面及底板大巷概况

1）31810工作面位于矿井二水平301采区西翼边界，工作面北起205采区2587工作面采空区，南至2588工作面采空区，西邻2589工作面采空区，东靠301采区3188工作面采空区。工作面标高-490 m～-467 m，距地表约620m。工作面走向长205m，倾斜长65m，采用走向长臂后退式采煤法，单体液压支柱及铰接顶梁支护，爆破落煤，全部垮落法顶板管理，工作面采高2m，最大控顶距3 m，最小控顶距2m。该工作面作为二水平西大巷保安煤柱一直未开采，2011～2012年重新施工二水平西改大巷后决定开采该保安煤柱。

2）二水平西大巷位于31810工作面顺槽北西翼20～30m 处，距工作面垂直高差7～15m（见图1）。巷道原采用2.8m×2.8m 锚网梯喷半圆拱支护，由于受原3188工作面开采影响，巷道变形严重。重新削修后，局部地段采用2.6m×2.6m U 型金属棚支护，其余采用2.4m×2.4 m 梯型金属棚支护。

图1 31810工作面倾向剖面

3 矿压观测方案

3.1 矿压观测目的

考虑31810工作面开采会对二水平西大巷造成较大影响，通过矿压观测，达到如下目的：掌握31810炮采工作面矿压显现规律；确定工作面回采对底板大巷的影响；分析底板巷道支护方案的合理性，为今后巷道支护方案优化及工作面跨大巷开采提供可靠依据。

3.2 矿压观测方案

工作面走向长205m，设计在二水平西大巷布置18个观测站（见图2），观测站采用十字布点法，每个观测站布设4个观测点，一对布设在巷道顶底板中线位置，观测顶底板相对移近量；2个布设在巷道两帮腰线位置，观测巷道两帮相对移近量。采用5m 钢卷尺每星期定期对各观测站测量一次，巷道变形量较大时每2天观测一次。

图2 31810工作面平面

4 矿压显现规律与分析

31810工作面从2012年12月开采至2013年7月21日结束，矿压观测从2013年1月～2013年10月底结束，巷道顶底板最大移近量175mm（见图3），两帮最大移近量44mm，矿压显现基本趋于稳定。工作面开采对巷道的影响在可控范围，未影响底板大巷的正常运输与通风。从各观测站变形数据分析，得出了部分矿压显现规律。

图3 31810工作面矿压曲线

4.1 矿压显现随工作面推进速度而变化

从最大变形站11＃、12＃观测站分析，工作面开采至距观测站大于35m 时，矿压显现较小，顶底板日最大移近量小于2mm，两帮基本无变形；当工作面推进至距观测站0～35m 时，受工作面超前支撑压力影响，巷道下沉速度增大，底鼓变形严重，巷道两帮底角失去约束，内移倾斜，诱发两帮失稳，导致整个观测站加剧变形，顶底板日最大移近量达到8mm，两帮日最大移近量4mm；当工作面推进跨过观测站10m 时，工作面老顶基本充填满采空区，巷道变形逐渐稳定（见图4）。同时，整个观测站变形值基本在工作面推进前后2个月内完成。

从图4观测点沿工作面推进方向矿压数据分析，矿压显现随工作面推进速度而变化。因此，今后在同等条件下跨巷开采，加快工作面的推进速度，缩短工作面采煤与放顶的时间间隔，可部分减小工作面顶板下沉量，从而减少矿压对底板巷道的影响。同时，白源矿炮采工作面对底板大巷的超前影响范围为0～35m，采用全部垮落法顶板管理，放顶后10m 老塘基本填充满采空区，对底板大巷的影响也基本趋于稳定。根据炮采工作面来压步距，开采过程中加强该地段底板大巷二次支护，可减小巷道变形量。

图4 11＃、12＃观测点沿工作面推进方向矿压显现分布

4.2 矿压显现随底板岩性及巷道支护形式而不同

从观测站变形数据比较分析，观测站变形量大小不一，最大顶底板移近量为175mm，最小顶底板移近量仅为3mm。通过现场勘查发现，15＃～18＃观测站为岩性相对较好的砾岩地段，比10＃～13＃观测站岩性差的粉砂岩地段变形量小；同时，采用U 型金属棚支护的7＃～9＃观测站地段比梯形金属棚支护的地段变形量小，所以分析认为巷道岩性及支护形式直接关系到矿压变形量的大小。

因此，根据煤层底板岩性、巷道断面、支护形式与矿压显现的部分规律，在今后的井巷设计过程中，深入细致地分析地质构造及围岩稳定条件，充分利用围岩的的天然自承力，可减小巷道围岩松动破坏，并在此基础上合理选择巷道断面及支护形式，可将矿山压力显现控制在合理的范围。

4.3 矿压显现与煤岩层间距及形态相关

由图5可以看出，15＃～18＃观测站距煤层层间距大于13m，11＃～13＃观测站距煤层层间距小于9m，上覆煤层开采后，15＃～18＃观测站比11＃～13＃观测站变形量明显更小，所以底板大巷距煤层间距越大，开采后对大巷的影响越小。同时，由于受煤层形态变化影响，当煤层倾角逐渐变大，煤层及顶板呈“凹”状，工作面采用下山式推进时，受重力影响，“凹”点比“凸”点变形量大，所以18＃～13＃观测站较7＃～9＃观测站变形量大，而轴部10＃～12＃观测站变形量最大。

因此，根据大巷距煤层间距与矿压显现的关系，将底板大巷布置在煤层底板15m 范围外可减小上覆煤层开采的影响。同时，根据煤岩层形态与矿压显现的关系，将底板大巷布置在向斜两翼，会减小巷道矿压影响范围。

图5 31810工作面走向剖面

4.4 同等条件下跨巷开采对底板巷道的影响比留煤柱开采影响小

原3188工作面开采，西大巷平均留设了25m 保安煤柱，但开采后该地段巷道变形非常大，开采后直接影响大巷正常运输，造成将该地段拱型锚网梯喷支护巷道削修为梯形金属棚支护巷道，而31810工作面跨巷开采后，该地段巷道的变形未影响到大巷正常运输。因此，比较分析认为，同等条件下跨巷开采对底板大巷的影响要小于留煤柱开采的影响。