综采工作面过上覆煤柱区开采矿压规律分析

2018-12-06张晶

山东煤炭科技 2018年2期

张晶

（1.太原理工大学，山西太原 030024；2.同煤集团同家梁矿，山西大同 037003）

综采工作面在过上覆采空区遗留煤柱影响区时，其矿压规律需要认真研究。本文针对综采工作面过煤柱开采时的巷道围岩变形数据进行观测和分析，总结矿压显现规律，为安全开采和支护提供可靠的依据。

1 概述

同家梁矿81015工作面位于410盘区中部，煤层伪顶为粉砂岩（厚度0～3m），直接顶为粉砂岩（厚度1.5～3m），老顶为粉细砂岩（厚度＞10m），直接底为粉砂岩。采用长壁式采煤法，全部垮落法处理采空区。81015工作面回风巷采用3.5×2.8m（梁×腿）的梯形工字钢支护，棚距1.0m，运输巷采用3.9×2.8m（梁×腿）的梯形工字钢支护，工作面布置示意图如图1所示。

工作面上方为12-2#层采空区，该采空区留有正交于本工作面的20m的保护煤柱（图1）。由于上覆采空区煤柱影响，开采过程中矿压显现明显，有可能存在煤壁炸帮、支架压力大、围岩变形等问题。

图1 工作面布置示意图

2 矿压观测

为了确保工作面推进过程中顺利通过煤柱，应及时监测巷道顶底板和两帮的位移，及时掌握工作面回采影响阶段煤柱下巷道的矿压显现规律，并根据煤柱外巷道的矿压规律，制定合理措施保证工作面顺利通过。在实际监测过程中，通过观测煤柱下、煤柱边缘及煤柱外巷道的表面位移确定巷道顶底和两帮处的实际位移量。

2.1 测点布置

测点分布：共设置3个固定监测站：煤柱中心、出煤处边缘以及工作面两顺槽至煤柱中心40m处（图2）。位移基点应垂直于顶底板设置，距采帮20mm处。边帮测点设置在煤壁中心且两侧对中，整体呈“十”字排布。

测试周期：总时长30d，顶板稳定时为测量2次/周，回采动压影响期改为1次/d。

图2 综采工作面过煤柱开采矿压观测测点布置

2.2 监测结果

81015工作面在其正、副两巷分别设置了三个监测站，但由于实际生产过程中正巷处的三个测试站受到运输机、破碎机及转载机的干扰，无法取得正确和完整数据。现只将副巷处采集的表面位移数据进行汇总和整理。具体位移观测数据见表1。

表1 巷道围岩表面位移观测结果

3 矿压显现规律分析

3.1 巷道顶底板位移

回采动压影响阶段，第3测站所测相对位移量为40mm，相对移动速度为7mm/d，相对位移量及相对移动速度都较小，呈现稳定趋势。因此可判断，由于第3测站距离煤柱中心位置较远，所以其所承受的上覆采空区压力较小。

第1测站相对位移量为330mm，为第3测站所测数值8.25倍；相对移动速度为40mm/d，为第3测站的5.7倍。此外，根据现场情况来看，当工作面推进至距煤柱中心20m，第1测站所处巷道矿压显现明显且出现顶板下沉。当工作面推进至距煤柱中心10m处，第1测站所处巷道发生较大的顶板下沉，且顶板处移动平均速度达到最大值150mm / d。

第2测站所测顶底板相对位移量为150mm，介于上述两测站所测数值之间，相对移动速度与第3测站测量数据基本相近，矿压基本较为稳定。此外，根据现场情况来看，当工作面推进至距煤柱中心位置时，巷道顶板下沉明显，且该时间段测得的相对移动速度升至98mm/d。整个监测周期内，顶板下沉明显，无明显底鼓现象。

3.2 巷道两帮位移

回采动压影响阶段，第2测站和第3测站两帮相对位移量略有区别，分别为90mm、70mm，而相对移动速度的变化基本一致，最高峰值时为48mm/d，平均移动速度分别为8mm /d 和12mm/d，相对移动速度较大。判断可能受到支护方式影响：工作面采用钢棚支护，未采用主动的锚杆支护，两帮开始发生位移后，棚架才开始承受压力，并且棚腿所受侧压随位移量增大而增加；第3测站处采用木锚杆护帮，效果较差，菱镁托板开裂且出现多数断裂，未起到实际侧向支护效果。

回采动压影响阶段第1测站所测位移量为480mm，远远高于其他两个测站所测位移量。此外，根据现场情况来看，当工作面推进至距1测站50m处，相对移动速度达到255mm/d，随后相对移动速度趋于稳定，平均移动速度约为40mm/d。主要原因为：W钢带锚杆联合密集锚索支护，能有效防止巷道顶板继续下沉，但压力逐渐向两帮传递，由于侧向支护方式的原因，两帮相对位移量较大。