煤矿开采工作面矿山压力特征研究

杨朝兴

(山西焦煤汾西矿业中兴煤业，山西 吕梁 030500)

煤矿开采工作面矿山压力特征研究

杨朝兴

(山西焦煤汾西矿业中兴煤业，山西 吕梁 030500)

在矿山压力和岩层控制理论的研究基础上对煤矿开采工作面矿山压力的特征进行了研究，矿山工作面的观测以及巷道的各种量测，为进行工作面、采前、采后支承压力的规律现象提供了技术层面的支持，并且通过实验室研究方法和手段的完善，及各种关于煤矿开采工作面矿山压力的特征研究理论，包括参数的选择、工艺的确定、巷道尺寸的确定、煤柱的布置等，得到了实际参数的论证，为煤矿开采工作面矿山压力的研究提供了佐证。本研究以期为实际煤矿开采工作提供参考。

煤矿开采；工作面；矿山压力

矿山工程中由于受到岩层和地质的影响，会出现围岩的变形、离层、垮塌等重新应力分布的情况。在工程实践中，由于采掘空间的作用，岩体在支护物的作用下不断承受来自矿山的压力简称为矿压。矿压一部分是从采掘工程而来，另一部分来自巷道的开掘和采煤工作。当前，我国的煤矿采掘顶板事故，占据了整体煤矿安全事故的40%左右，随着采矿工业的不断进步和科学技术的发展，人们开始对矿山压力的规律展开了研究，在矿井的布置、巷道的开拓、支护的埋设以及顶板的布置等方面，经过理论分析得到准确的参数作为实践的参考，并且依据参考，采取切实可行的技术措施加以防护。

1 矿山压力概述

矿山压力的作用下，围岩和支架的施工中会出现变形、离层、破坏等情况，这些矿山压力的表现统称为矿山压力现象。这种现象的破坏力量是巨大的，如，顶板的破碎、大面积的冒落、支架的变形及工作面的顶板下沉等。在这种情况下进行采煤作业是十分危险的，因此，要对顶板加强控制工作，以期为实际煤矿开采工作提供参考，特别是对于其中的剪影岩层的活动规律进行监控，将之作为工作面岩层运动的主体，控制工作面的落煤、直接顶的放顶、推进速度的变化，基本顶的断裂和下沉等的速度，保持顶板稳定[1]。

2 矿山压力研究

对于矿山压力的研究，目前是随着放顶煤的开采而进行的。实际中，放顶煤支架的煤层是相对松软的，因此在过程中会由于矿压的规律和控制特点出现综放开采的现象，例如，矿压顶煤的破碎。顶层支架和围岩的高效布设等，因此，需要对放顶煤的安全进行监控。

对坚硬顶板基本顶的来压和周期来压进行计算，得到荷载情况是具有强烈冲击力的[2]。为了达到很好的经济效益，在实际工作中提出了煤柱支撑法、水沙冲天法、超前工作步距爆破法等。大倾角的矿压显现出来的不对称，导致采空区工作面的滑落等，使得自身动力和回采的工艺受顶板和底板运动作用下影响，导致岩层控制和回采工艺的复杂性更加加剧。通过实践验证，在大倾角的工作面下进行回采，其设备的防倒和防滑是关键性技术条件，使得大倾角的工作能够在充分研究的基础上，实现煤层的高产和高效。通过对深井的井下开采和“三软”的开采，各种地质下煤层的开采都取得了很好的成果，对矿压的显现和岩层的控制是有成效的。在复杂条件下，各种回采的条件被开创出来，形成了矿压的理论，各类实验手段和方法得到不断的完善，矿压用的仪器仪表实现数字化、小型化等。

3 工作面顶板的断裂的力学分析

1) 以某煤矿工作面中的煤层情况为例，矿区内的煤层深度在90 m左右，煤层顶板的地质以石英和细粒砂岩为主，岩层的水平和波状层面的发育成熟，直接顶上部为中粒砂岩，煤层的底板为砂质泥岩以及植物碎片化石。工作面支架的长度为206 m，端头支架和中间支架参数相同，为2 600 mm～4 900 mm[3]。

2) 对于观测站的布设，分别采用3个测点的方法，1号和2号测点的工作端点为工作面中部向着监测工作面的顶板进行位移，得到的活柱产生了下缩，根据台阶的落差、裂隙的发育计算进行了支架的受力检测。

3) 对于工作面支架阻力的数据处理结果，得到了各个观测支架的工作阻力，随着工作面的推进得到了老顶来压步距和强度。根据采场开挖的顶板的特点，发现岩体中的原始微裂纹产生了张开和扩展，因此，对于顶板岩层的破坏从微观上被判断为张拉的破坏，主要的因素是拉应力引起的裂隙的扩展，基本顶的关键层发生了破坏的过程，导致顶板岩体裂缝的位置和扩展的方向发生了破断的形态[4]。

4) 顶板岩层中部拉应力区的开切是顺着眼侧发育的，中切眼侧逐渐随着总面延长，向着开切的工作面发展，经历一个反复累积损伤的过程，岩梁的长度接近极限的跨距，下部拉应破坏区得到了向上的发展动力，导致岩梁发生了厚度的变化，在剪切的作用下发生破坏，破断点靠近切眼侧，呈现前长后短的非对称性。

5) 经过对支架左右柱偏载现象承载力的分析，发现其工作阻力主要分布在支架升架过程中的左右柱腔内，如果初撑起来的左右柱不一致，则不会达到支架的额定初撑力的压力，需要进行注液，如果在支架的运行中出现漏液的情况，就会导致工作面老顶来压系数的变化。从总体来看，工作面的顶板来压强度不高，顶板的管理难度不大[5]。

4 结语

理论研究表明，在建立的顶板断裂研究的前提下，经过离层的间隙变小，顶板随着开采面积的继续增加,离层范围、离层量达到一定跨距后,坚硬顶板将发生周期性断裂。研究矿山工作面的顶板破断的特性应该对煤矿开采工作面的特征进行分析，并且让机理的分析能够经过矿山压力研究工作的支持，得到进一步的借鉴和参考。

[1] 张文阳.厚煤层上分层巷柱开采区残煤复采工作面矿压特征的研究[D].太原:太原理工大学,2013.

[2] 王体衡.双欣煤矿孤岛工作面矿压显现规律和支护方法研究[D].青岛：山东科技大学,2015.

[3] 代猛猛.许厂煤矿膏体充填开采工作面矿压规律[D].青岛：山东科技大学,2015.

[4] 张国政.煤矿开采工作面的矿山压力研究[J].科技创新与应用,2012(26):159.

[5] 仝峰,张召千,谷恺,等.孤岛工作面小煤柱合理尺寸与支护研究[J].煤矿开采,2014(5):61-64.

Study on characteristics of mine pressure in coal mining face

YANG Chaoxing

(Zhongxing Coal Industry, Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry Co., Ltd., Lvliang Shanxi 030500, China)

Based on the research of mining pressure and strata control theory, the characteristics of mine pressure in working face of coal mining are studied. The mine working face roadway observation and measurement provide technical support for law and phenomenon of supporting pressure in working face, before and after exploration. Through improving laboratory research methods and means, and all kinds of theories about the characteristics of mine pressure in working face of coal mining, the actual parameters, including parameter selection, process determination, the size of coal pillar, roadway layout, are demonstrated, providing evidence for the study of mine pressure in working face of coal mining. The mining characteristics of coal mining face are studied so as to provide reference for actual coal mining work.

coal mining; working face; mine pressure

2017-03-09

杨朝兴，男，1988年出生，2012年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，助理工程师。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.46

TD323

A

1004-7050(2017)04-0132-02

煤矿工程