中厚煤层综采工作面矿压显现特征研究

2019-03-21张进波

煤 2019年3期

张进波

(山西煤炭进出口集团鹿台山煤业公司，山西晋城 048000)

我国已经探明的煤炭储量十分丰富，而在富含煤的煤层中有相当一部分为厚和中厚煤层，将近占到所有煤层的一半，与此同时，丰富的开采经验也形成了一套针对性的开采技术，可实现大产量、高效率的生产目的。综采工作面的矿压显现规律，一直是工程技术人员的重点研究课题之一，王占立等[1]采用现场监测的方法，对工作面突发冲击性矿压的预防措施进行了研究，通过设置切顶巷和顶板深孔爆破的方法降低了冲击危险性，取得了显著效果；于斌等[2]采用理论分析与现场监测相结合的方法，对工作面超前支承压力的显现特征进行了研究，提出并实施巷道顶板水压致裂有效控制技术，实现巷道围岩高应力的转移。本文通过对山西煤炭进出口集团鹿台山煤业公司2202工作面矿压规律的现场实测与分析，总结了其显现规律，对条件类似的中厚煤层综采工作面具有一定的指导意义。

1 工作面概况

鹿台山煤业公司2202工作面目前主采2号煤，煤层厚度为1.35～3.20 m，平均2.5 m，煤层倾角3～6°，平均4°，属于近水平煤层。工作面地面标高为+990-+1 120 m，工作面标高为+696～+801.5 m，煤层埋深在300～320 m之间。煤层直接顶为黑色的砂质泥岩，厚度4.25 m，基本顶为灰色的细砂岩，属于致密坚硬的岩层，厚度为1.76 m；直接底为砂质泥岩，较为破碎，厚度为3.54 m，基本底为灰色的细砂岩，以石英为主，致密坚硬，内部夹杂有黑色的泥岩，厚度为4.70 m。2202工作面东部为2201工作面，已回采完毕，西部为2203工作面，尚未回采。工作面布置如图1所示。工作面采用ZY8600/24-50D支撑掩护式液压支架，共布置95台。

图1 2202工作面布置

2 矿压观测方案

在工作面液压支架的立柱上，每隔10架安装一个压力传感器，分别安装在10号、20号、30号、40号、50号、60号、70号、80号、90号液压支架上，共安装9台，通过附属光缆联接设施将实时数据传输至地面，用专业的支架数据监测记录软件，实时记录显示分析工作面液压支架前、后立柱上的载荷数值，并形成综合分析报表。通常每两天收集一次工作面压力数据，在工作面来压时变为每天收集一次数据。

同时，技术人员在生产现场记录工作面顶板来压期间煤壁片帮程度、顶板漏矸、支架立柱下缩、安全阀开启等现象，与顶板压力平面图结合，共同分析总结工作面矿压显现规律。通过观测工作面液压支架的工作阻力随工作面推进度的变化情况，判断工作面初次来压步距以及周期来压步距的大小，并进一步分析顶板的来压强度。

3 矿压观测结果分析

3.1 工作面来压分析

图2 支架平均工作阻力分布

图2为2202工作面推进至90 m的过程中，支架平均工作阻力的分布情况。由于2号煤层直接顶为砂质泥岩，岩层较为破碎，在综采工作面推进的过程中，极容易发生顶板破碎垮塌的现象，当工作面推进到10 m的时候，中部20～50号液压支架的直接顶岩层首先出现垮落，此时液压支架工作阻力在5 500～6 000 kN之间，未出现大幅度的变化；当工作面推进到12 m的时候，端头的10号液压支架直接顶出现垮落，其工作阻力显示在5 500～6 000 kN之间；当工作面推进到18 m时，中部的30～50号液压支架顶板发生初次来压，工作阻力大于6 500 kN，而工作面端头的液压支架工作阻力处于5 500～6 000 kN之间。

随着工作面继续向前推进，当工作面推进至32 m位置时，工作面端头至15号液压支架依旧可以正常工作，20号、30号液压支架和50号至工作面尾端的液压支架，工作阻力均达到6 500 kN以上，并且60号液压支架的安全阀出现频繁开启的情况，支架前柱的收缩量增大，偶尔出现无法升起的情况，影响工作面的正常推进，因此需要对工作面进行挖底，方可保证采煤机正常割煤。当工作面继续向前推进时，工作面端头的前20架支架的工作阻力达到6 500 kN以上，20号至工作面尾端的支架的工作阻力为6 000～6 500 kN之间。当采煤机继续前移时，液压支架的工作阻力恢复正常。可见，该工作面在生产过程中，是中部率先出现来压，随后两端发生来压现象。

当支架工作阻力发生增大时，即代表工作面发生来压，根据工作面推进过程中液压支架的工作阻力变化情况，2202综采工作面直接顶初次来压步距为8～12 m，平均9.7 m，工作面基本顶的初次来压步距为18～24 m，平均21.5 m。随后工作面在推进至32 m、47 m、56 m、68 m、80 m处均出现液压支架工作阻力超过6 500 kN的情况，因此可判定工作面在这些位置发生周期来压，周期来压步距为9～15 m，平均12.5 m。

图3为工作面推进60 m内，机头位置10号支架与中部位置50号支架的工作阻力变化情况。从图中可以看出，综采工作面支架阻力的变化曲线与工作面顶板周期来压的分布，具有不均衡性和非同步性，具体表现出综采工作面中部液压支架阻力变化明显，即中部周期来压明显，工作面两端的液压支架控顶范围内，顶板周期来压不明显，工作阻力的变化也不是很大。当工作面推进至10 m左右时，直接顶发生初次来压，10号和50号液压支架的工作阻力在5 500～6 000 kN。随着工作面的继续推进，当达到20～25 m时，工作面基本顶发生初次来压，液压支架工作阻力在6 000～6 500 kN范围内，且10号液压支架的来压时间滞后于50号液压支架大约2～3 m。工作面在33 m、46 m、58 m处均出现来压现象，支架工作阻力在6 000～7 000 kN之间，工作面的周期来压步距平均为12.5 m，而工作面正常推进过程中，支架工作阻力均小于5 500 kN。