厚泥岩顶板沿空工作面来压步距分析

2019-07-25张文龙

煤矿现代化 2019年5期

张文龙

（阳泉煤业（集团）平定裕泰煤业有限公司，山西阳泉 045000）

1 工作面概况

1.1 工作面位置及采矿地质情况

阳煤集团平定裕泰煤业有限公司15103综采工作面为裕泰公司第3个回采工作面，布置在一采区15号煤层的西翼，可采区域长639m，宽205m。工作面北侧为平行布设的15101工作面，东侧为备用衔接的15104工作面，护巷煤柱宽度50m，属于典型煤柱沿空工作面；南侧临井田边界，距保护煤柱宽135m；北侧为胶带大巷、轨道大巷以及集中回风巷，与停采线距离157.7m。工作面平面位置如图1所示。

图1 15103工作面平面位置示意图

15103工作面所采煤层为二叠系中太原组15号煤层，位于太原组底部，煤层厚2.97～6.36m，平均5.5m，煤层可采性指数Km=1，为全井田稳定可采，含0-4层泥岩及炭质泥岩夹矸，结构复杂。总体为一较宽缓的褶曲构造，向、背斜相间排列，。煤层倾角2°～9°，平均6°，起伏较小，为近水平煤层。

15103煤层煤层顶板多为砂质泥岩,局部为泥岩厚度平均为12.7m左右、局部为粗砂岩；底板多为砂质泥岩、细砂岩，局部为泥岩、中砂岩，平均厚度为7.29m。煤层顶底板岩性特征见表1。

表1 煤层顶底板岩性特征表

15103工作面经坑透分析，工作面内存在1个预测陷落柱X4和断层F1。预测揭露断层F1断距小于1/2煤厚，周围瓦斯含量可能高，对回采影响不大。工作面内不排除其它小型地质构造存在。根据实际掘进资料显示，工作面进、回风巷掘进过程中各揭露1个陷落柱：X6、X5。其中预测X6（50m×7m）距切巷约 94～100m；预测 X5（80m×60m）距切巷约220～238米。根据坑透资料显示，工作面内还存在1个陷落柱X4，其中预测X4（52m×32m）距切巷约280m左右。其中X4、X5陷落柱对回采有一定影响。工作面内不排除有隐伏小型陷落柱存在。

1.2 工作面巷道布置及回采工艺

15103工作面沿15号煤层顶板布置两条相互平行的进风顺槽及回风顺槽和一条切巷。工作面巷道名称：15101进风巷、15103回风巷、15103切巷、15103高抽巷、15103低抽巷，其中进风顺槽和回风顺槽直接与切巷垂直相连接。15103进风顺槽为工作面进风巷，巷道中安装一部皮带运输机直接与二水平皮带大巷相联，构成工作面运煤的主运输系统；15103回风顺槽通过回风系统巷与集中回风大巷联通、巷道内铺设轨道为主要以用料为主的辅助运输巷道。15103高抽巷布置在距15号煤层顶板45m左右，主要用来解决工作面的采空区的瓦斯治理工作，15103底抽巷布置在距15号煤层顶板8m左右，主要用来解决采煤工作面上隅角的瓦斯，巷道支护形式及规格见表3。

表1 15103工作面巷道支护形式及规格

15103工作面采用长壁后退式综合机械化放顶煤采煤法，全部垮落法管理工作面顶板。工作面液压支架选用ZF5000-17/28型四柱掩护式液压支架支护，工作面共布置132台，机头、机尾布置ZFG6500-18/30H端头支架共6台，工作面布置支架总数为138台。

2 工作面初次来压分析

2.1 矿压观测方法及设备

15103工作面矿压数据分析采用采集式矿压监测系统，工作面设置28组测点，即在3#、8#、13#、18#、23#、28#、33#、38#、43#、48#、53#、58#、63#、68#、73#、78#、83#、88#、93#、98#、103#、108#、113#、118#、123#、128#、133#、136# 架各设一组测站，依次编号为1#、2#……27#，每组测站安设一组YHY-60型液压支架测力仪，通道分别对应接支架前立柱、后立柱、尾梁千斤。其它支架均安设普通压力表，并配置FCH8/1.5型矿用手持采集器1个，压力计可以显示液压支架立柱的受力状态，每天安排专人对工作面的数据进行采集，并将数据传递至地面分析平台，能够对液压支架的工作状态数据保存，可为分析工作面的初次来压和周期来压规律提供可靠的参数。

2.2 初次来压分析

15103工作面推进距离9m时，13-65#架间直接顶开始冒落；推进距离11m时4-92#架间直接顶冒落充分，93#架-机尾直接顶局部冒落且冒落不充分；直到推进距离达到19m时直接顶全部冒落充分。

15103工作面回采至24m时开始初次来压，回采至30.5m时初次来压结束，初次来压步距为24m。工作面初次来压持续时间约34小时，影响距离约6.5m。首先在58-75架区间内观测到初次来压现象，随着推采压力以65架为中心向工作面两端传递。

来压显现主要集中在中部21-115架（138m），来压期间机头1-20架（30m）支架来压现象不明显，机尾115-138架（34.5m）支架来压现象不明显。

初次来压期间，15103工作面煤帮出现少量片帮，顶板、支架有响声，之后煤壁片帮严重，压力表显示值上升变化较大，来压前支架平均工作压力约为26MPa，来压后58-75支架间压力迅速上升到35MPa以上。至初次来压结束，43-96#架间所有支架立柱安全阀均出现开启现象，既表现压力达到最大值40MPa。

3 工作面周期来压分析

3.1 周期来压计算方案

为了更准确的反映15103工作面顶板周期来压步距，将工作面支架按编号分为10个测区，1#测区：3#、8# 支架；2# 测区：15#、18#、23# 支架；3# 测区：33#支架、35#支架、38#支架；4#测区：43#支架、45#支架、48#支架；5#测区：63#支架、65#支架、68#支架；6#测区：73#支架、75#支架、78#支架；7#测区：93#支架、95#支架、98#支架；8#测区：103#支架、105#支架、108#支架；9#测区：123#支架、125#支架、128#支架；10#测区：130#支架、133#支架、136#支架。选取45天左右的数据，以每天24h中大于10MPa的数据取平均作为该支架当天的平均值，并以所有时间段内的平均值作为该支架整体的平均值。