大采高300 m长工作面矿压显现规律研究

姜 涛

(山西长平煤业集团有限责任公司，山西 高平 048411)

1 工作面概况

某矿5312工作面走向长度为1 749.28 m，倾向长度为301.5 m，煤层平均厚为5.35 m. 采用“两进一回”通风方式，工作面巷道布置示意图见图1.

图1 5312工作面巷道布置示意图

2 工作面矿压显现规律

2.1 工作面初次垮落特征

2.1.1直接顶初次垮落

工作面自2015年11月29日开始进行试生产，由于生产安排，该工作面初期回采断断续续，2015年12月29日工作面83#—123#支架后方直接顶开始冒落，并逐渐向两端头延伸，支架阻力有明显增大，持续时间两天。工作面直接顶初次来压不同步特征较为明显，其中工作面中部直接顶来压步距最小，平均18.75 m，工作面上部平均21.3 m，工作面下部平均20.25 m，整面平均20.1 m，动载系数平均1.3.

2.1.2基本顶初次垮落

工作面自2016年1月15日停产两个月，2016年3月16日重新开始生产。2016年3月18日夜班工作面中部顶板发出断裂响声，支架阻力快速升高，中部支架后方有大块矸石滚落，预示该工作面基本顶初次破断，截止到2016年3月21日，整面支架工作阻力开始明显回落，工作面初次来压结束，由于工作面每天只有一班生产，整个来压时间持续3天左右。

支架阻力统计数据显示，工作面上部基本顶初次垮落步距平均45.5 m；工作面中部基本顶初次垮落步距平均40.9 m；工作面下部基本顶初次垮落步距平均42.1 m；工作面基本顶平均初次垮落步距42.2 m；动载系数平均1.41，来压并不强烈；整面基本顶初次来压不同步特征较为明显，中部最小、下部次之、上部最大。

2.2 工作面周期来压特征分析

工作面在回采过程中，基本顶会发生周期性的破断，即产生周期来压现象。基本顶周期来压步距和动载系数见表1，表2.

表1 基本顶周期来压步距统计表

表2 基本顶动载系数统计表

经过对整个回采过程的统计，得出工作面上部基本顶来压步距平均12.7 m，动载系数平均1.36；工作面中部基本顶来压步距平均10.6 m，动载系数平均1.35；工作面下部基本顶来压步距平均12.0 m，动载系数平均1.41. 由此可以看出，工作面基本顶周期来压整面不同步特征较为明显，其中工作面中部基本顶周期来压步距最小，两端头顶板周期来压步距基本相当，上部略大于下部。

综上所述，任务的定价与任务位置聚类中心越近，价格越低；而相对中心越远，价格越高．同时任务价格对任务的执行情况有直接影响，任务价格越高，任务分布越密集的地点，任务完成度就越高．任务未完成应该是该任务价格较低，或该任务所在地点任务点密度较低所导致的．

2.3 工作面超前支承压力分布规律

根据巷道超前观测数据，以单体柱距离工作面煤壁距离为横坐标，以单体柱阻力为纵坐标，绘制工作面超前支护阻力曲线图，见图2.

图2 超前支护阻力曲线图

通过分析图2得到5312工作面超前支承压力具有以下特点：

1) 整体而言，单体支柱载荷随着距工作面距离不断减小，其值呈上升趋势；工作面前方30～65 m，其压力变化不大，单体支柱工作阻力为11～13 MPa；工作面前方30 m内，单体支柱工作阻力从13 MPa缓慢上升，升幅变化平缓，相比较而言，53121巷支柱载荷较大些。

2) 单体柱载荷分别在工作面前方14.3 m和15.5 m处达到最大值；由两巷的观测数据可知，超前支承压力的影响范围主要在工作面前方50 m范围。

2.4 巷道变形结果分析

通过在巷道内布置测点，得出巷道顶底板变形数据。经过综合分析巷道顶底板变形数据，将巷道变形规律依照顶底板变形速度和两帮移近速度大小划分为3个阶段：

1) 未受采动影响阶段。该阶段位于超前工作面55.2 m之外，在这一阶段巷道围岩移动速度较小，顶底板移近速度不超过10 mm/d，说明此阶段内巷道受采动影响较小。

2) 采动影响阶段。该阶段位于超前工作面55.2～25 m，这一阶段巷道顶底板移近速度一般不超过35 mm/d；两帮移近速度一般不大于10 mm/d.

3) 采动影响剧烈阶段。该阶段位于超前工作面25 m的范围内，这一阶段巷道顶底板速度最大可达75 mm/d，最大变形量可达370 mm. 分析巷道变形剧烈增加的原因是回采巷道受到回采动压的强烈影响。

3 工作面长度增加对矿压显现的影响分析

该矿5310工作面走向长度为2 559.66 m，倾向长度为251 m，煤层平均厚度为5.75 m，煤层倾角平均为6°. 回采工艺与5312工作面相同。

3.1 来压特征对比分析

为了能够更清楚的对工作面加长后对工作面矿压的影响，将5312工作面矿压特征与5310工作面矿压情况进行对比分析，见表3.

表3 来压特征对比分析表

根据以往经验，工作面长度由250 m增加至300 m后，基本顶初次垮落步距会相应的减小，但由表3可知，5312工作面直接顶和基本顶初次垮落步距比5310工作面略大，其原因主要是5312初采期间煤层厚度仅有3.5 m左右，远低于5310工作面5.75 m的采高。5312工作面基本顶周期来压步距较5310工作面减小18%，来压动载系数对比情况基本一致。

3.2 超前支承压力现场实测对比分析

5310工作面现场通过安装钻孔应力计对超前压力数据进行观测，分析观测结果得出超前支承压力的峰值在5.2～7.6 m，煤壁至峰值区为应力减少区域。5310工作面峰值为18.5 MPa，5312工作面峰值为21.8 MPa.

通过对比分析工作面长度由250 m增加到300 m后的超前支承压力分布规律，得出当工作面长度增加到300 m后，峰值大小增大了17.8%.

3.3 巷道变形实测对比分析

5310工作面通过“十”字布点法测量巷道变形得到巷道变形规律，5310巷道与5312巷道变形规律的对比分析见表4.

表4 巷道变形规律对比分析表

比较巷道变形规律可知，工作面长度由250 m加长至300 m之后，工作面采动影响剧烈区域范围增大了34.4%，采动影响区域范围增大26.8%，巷道顶底板最大移近量增大16.3%，顶底板最大移近速度增大31.5%。可见，工作面长度的增加导致巷道变形剧烈。

4 结 论

通过对比分析5312加长工作面与5310工作面的矿压显现规律现场实测结果得出，工作面加长后，工作面基本顶周期来压步距减小18%；比较超前支承压力分布情况，可得到工作面加长后，超前支承压力峰值增大了17.8%. 比较巷道变形情况，可得到工作面加长后，巷道变形明显剧烈。