工作面推进速度对矿压显现影响规律研究

赵 凯

(山西汾西矿业集团设计院，山西 介休 032000)

引 言

关于工作面推进速度对工作面矿山压力显现的影响规律，常规情况下认为，适当加快工作面推进速度，有利于减缓工作面的矿山压力显现，尤其是对于减轻工作面来压期间的压力强度，有较为明显的影响，还可以增加工作面的产量，而通过加快推进速度来减轻矿压显现的方法，俗称“甩压力”[1-3]。本文在前人研究成果的基础上，针对特殊地质生产条件，研究工作面推进速度对上覆岩层活动规律及矿山压力显现的影响，从而对工作面的合理推采速度提供指导。

1 推进速度对覆岩活动规律影响

通过大量文献查阅分析及总结，工作面推进速度对覆岩活动规律的影响的研究成果主要有[4-6]：根据覆岩活动动态关系公式，工作面推进速度加快，会导致覆岩扰动范围增大，导致工作面周期来压持续性增强，来压步距增大，但来压强度有所降低，这是由于快速推进使工作面直接顶垮落不充分，从而导致老顶及关键层的活动范围增大，回转变形及稳定时间延长，因此，在特定时间内，顶板下沉量观测值会减小，但随着观测时间延长，总的顶板下沉量区域一致。在开采厚度较小或赋存深度较浅的煤层时，加快推进速度对控制矿压及减缓覆岩及表土沉降有利；而对于开采厚度较大或赋存深度较大的煤层时，反而是降低工作面推进速度较为有利。同时，加快推进速度，有利于减小巷道累计变形量，有利于巷道稳定维护，但应注意防止岩爆或煤爆灾害。因此，可通过调整工作面的推进速度，来调整工作面的来压步距和来压时间，可以在工作面过断层等地质构造时避免同时来压，有利于围岩维护。

2 基于相似实验的推进速度模拟分析

在研究过程中，采用了相似模拟工具及数值模拟工具。相似模拟是基于相似理论，通过比例关系及模型构建的方式进行模拟研究，通过模拟结果再与现实情况进行关联，从而较为方便地得到相应的研究成果。基于某矿工作面所采1#煤层1101工作面的具体地质生产条件，平均煤层埋藏深度118 m，煤层平均厚度5.5 m，煤层倾角约1°～5°，为近水平煤层，直接顶为约4 m的炭质泥岩，基本顶为约7 m的细砂岩，单轴抗压强度分别为22.5 MPa及44.5 MPa。按照1∶80的几何相似比、17∶25的容重相似比、1∶10的时间相似比、1∶100的应力相似比进行模拟实验，模型制作及实验过程不再赘述。

根据相似模拟结果显示，工作面基本顶初次垮落即初次来压的开挖距离在36 m处，初次来压之后，之后的基本顶周期性垮落即周期来压。按照5 m/天的推进速度，实验过程中共出现了3次周期来压，平均步距为8 m；按照10 m/d的推进速度，实验过程中共出现了4次周期来压，平均步距为14 m。来压步距的统计结果显示，加快工作面推进速度会使工作面初次来压步距增大。

在实验过程中设置位移观测点对工作面顶板下沉量进行观测，按照5 m/d的推进速度，位于直接顶内测点的位移量为3.5 m～4.5 m，位于基本顶内测点的位移量为3.1 m～4.0 m；按照10 m/天的推进速度，位于直接顶内测点的位移量为2.8 m～4.1 m，位于基本顶内测点的位移量为2.5 m～3.7 m。在特定的观测时间内，加快推进速度使顶板下沉量有所减少，这是由于基本顶回转变形的时间延长，但将观测时间延长，则顶板下沉量的差异化会逐渐减小。

在实验过程中设置应力观测点对工作面前方支承应力进行观测，统计数据并分析，工作面的推进快慢影响到了工作面超前支承压力峰值大小、峰值位置及增大范围，随着推进速度的增大，支承压力峰值有所增大，且向工作面远侧方向移动，且支承压力影响范围有增大趋势。

3 工程实践及矿压观测

在1101工作面展开推进速度调整的工程实践及矿压观测。为便于展开矿压观测，在工作面上、中、下部布置6条测线，其中1#测线(5#架)、2#测线(15#架)为上部，3#测线(45#架)、4#测线(55#架)为中部，5#测线(85#架)、6#测线(95#架)为下部。在每条测线处的液压支架处安装工作载荷监测记录仪，以对工作面顶板的实时载荷进行监测和记录，便于统计分析。

观测结果显示：在60 d的试验及统计期内，通过调整工作面推进速度，当推进速度为每天5 m时，周期来压统计平均值为7.5 m，而推进速度增大到每天10 m时，周期来压步距统计平均值增至18.1 m，周期来压步距值增幅明显；加快推进速度后，周期来压的持续距离由3.5 m增至4.6 m，增大了1.3倍，来压影响时间有所延长；而比较测线处统计的支架载荷，推进速度加快后的34.5 MPa(平均值)要比慢速推进时的40 MPa(平均值)有所减小，说明支架承受载荷有所减弱。

4 结语

根据文献检索、相似模拟实验、现场矿压实测可进行总结分析，工作面的推进速度对诸如周期来压步距、顶板下沉量、支架载荷等矿压显现参数有一定影响。周期来压步距及来压影响距离的增大是由于基本顶回转变形的减缓所致，而支架载荷的减弱则是由于超前支承压力峰值前移所致。在现场矿压管理工作中，应根据具体地质条件、断层构造、生产计划、劳动组织来合理调整推进速度，使其更好地适应现场地质生产条件。