综采面过风氧化带矿压差异性及安全措施

2020-03-03赵志峰

江西煤炭科技 2020年1期

赵志峰

（山西焦煤西山煤电股份有限公司西曲矿，山西古交 030200）

风氧化带区域内的煤岩层性质主要表现为，岩体裂隙发育明显、强度较差，承载能力较小，自稳定性较弱等特点。综采工作面过风氧化带区域时支护困难以及安全性问题，国内外学者进行了很多相关研究。杜锋[1]等以百善煤矿风氧化带工作面实测的矿压数据为分析依据，证明了风氧化带上覆岩层具有明显的分层变异特性，并提出了针对过风氧化带区域工作面安全高效开采的解决办法。宣以琼、代长青等[2-3]以大量的现场观测和科学实验数据以及开采实践为依据，探讨了含水松散层下风氧化带煤层开采时覆岩破坏运移规律以及实现安全开采的有效机理，并提出了在此条件下煤层无基本顶关键层等观点。王惠兵[4]等对杨庄煤矿九采区过风氧化带区域煤层上覆岩层运移及破坏进行了预测与实践。本文以西曲煤矿28301综采工作面为研究对象，通过实测进一步探讨综采工作面过风氧化带时上覆岩层矿压显现规律，以及与过风氧化带之前的差异性，并给出过风氧化带的安全技术措施，为综采工作面过风氧化带开采提供参考。

1 工程概况

28301 综采工作面位于北三盘区中部，北邻28302工作面采空区（帮对帮16 m），南邻28406工作面采空区（帮对帮16 m），西邻西983运输大巷。开采8#煤层，厚度稳定，煤厚4.10～4.30 m，平均4.20 m，煤层倾角1°～14°，一般为3°。煤层结构简单，中部普遍含有一层泥岩夹石，夹石厚度变化不大。煤层伪顶为泥岩，直接顶板为3.85 m的石灰岩，直接底板为2.08 m 的中粒砂岩，28301 工作面长185/220 m。采用倾斜长壁后退式采煤法，一次采全高综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。综采工作面使用ZY5600液压支架，共147架。依据矿井地质资料分析，工作面在开采中局部顶板及煤层有风化现象，范围为：沿煤层倾向方向宽48.2～50.4 m，沿煤层走向方向长190.7～230.3 m，风氧化带范围内直接顶岩性以砂质泥岩为主，破碎易冒落。另外，28301工作面没有火成岩侵入、冲刷带及煤层分叉等对煤层开采有影响的隐蔽致灾因素。

2 综采工作面过风氧化带矿压差异性分析

2.1 矿压实测布置方式

在液压支架上布置应力传感器实时监测上覆岩层压力，利用CDW-60R型矿山压力监测系统实时采集压力传感器监测数据。液压支架按测试区域分为3组，上测区5#～45#液压支架，中测区55#～95#液压支架，下测区105#～145#液压支架。根据监测结果分析过风氧化带与未过风氧化带时上覆岩层压力的变化差异。

2.2 周期来压步距分析

根据工作面距离过风氧化带区域距离以及工作面推进速度来确定矿压监测系统采集矿压数据的时间。于2018年5月1日～6月2日对过风氧化带之前区域的上覆岩层进行监测。于2018年7月15日～8月10日对过风氧化带区域上覆岩层进行监测。矿压监测系统监测到的数据直接上传到地面电脑，经过对数据的分析处理，得出两个阶段时的周期来压步距，见图1。

由图1可以看出，28301工作面在未过风氧化带之前，周期来压步距为11.2～13.8 m，平均步距为12.2 m。在风氧化带区域内回采时，周期来压步距为9.6～11.3 m，平均步距为10.4 m。过风氧化带时周期来压步距有所减小。这说明风氧化带区域内的岩层节理裂隙发育严重，孔隙率较大，加上水体长时间的腐蚀和软化，导致岩体强度较低，各方面力学性能变差，因此周期来压步距变短。

图1 综采工作面周期来压

2.3 沿工作面倾向、走向矿压差异性分析

（1）沿工作面倾向矿压差异性分析

综采工作面沿工作面倾向往前推进的过程中，非周期来压期间液压支架平均工作阻力以及周期来压期间最大工作阻力变化规律见图2。3个测区的液压支架工作阻力测试数据都表现为风氧化带之前区域小于风氧化带区域，风氧化带之前区域煤层上覆岩层表现的动载系数相比风氧化带区域煤层上覆岩层表现的动载系数要大。从表1可以看出中测区液压支架在风氧化带前以及风氧化带内平均工作阻力与最大工作阻力增高系数分别为1.49和1.20；上测区液压支架在进入风氧化带之前时动载系数为2.31，在风氧化带内动载系数为1.65。分析认为，风氧化带区域内，煤层上覆岩层的多裂隙性以及自身强度较低的原因，导致整个岩层形成软弱层，使周期来压期间的峰值压力与非周期来压期间的压力得以均化，造成了动载系数变小的情形。

表1 中测区支架工作阻力

图2 28301综采面沿推进方向液压支架工作阻力变化

（2）沿工作面走向矿压差异性分析

图3为沿工作面走向不同阶段支架平均工作阻力与最大工作阻力变化规律图。由图3可以看出，无论是过风氧化带前，还是风氧化带内回采，支架平均工作阻力与最大工作阻力都表现为中间区域大于两边。两种情况下支架的初撑力都比较小，个别支架的工作阻力也普遍偏低，导致支架的支护效果不明显。

图3 28301综采面沿走向支架工作阻力变化规律

3 过氧化带区域回采安全措施

根据综采工作面过氧化带区域矿压规律分析，结合现场实践，综采工作面过氧化带时应采取相应的安全措施，主要包括：

1）工作面保持正规循环，保持“三直两平”。

2）综采工作面遇风氧化带时，必须提前拉架，必要时采用带压擦顶拉架，可以适当降低采高，跟顶留底，采高控制在3.6～4.0 m，以保证有效控制顶帮及采煤机顺利通过。顶板破碎处，必须全部提前拉架，必要时要在支架上用工字钢或板梁提前挑梁维护顶板，若顶板特别破碎，出现工作面推过后方顶板直接垮落的情况下，应采取人工扩帮推进的办法。

3）保证支架接顶严密，支撑有力。加强对支架检修，确保支架不窜液，不自动卸压下沉，保证支架初撑力不小于24 MPa。

4）过风氧化带区域作业时必须时刻观察周围环境，如有异常必须立即停止作业，采取措施处理完后方可继续作业。

5）移架时要缓缓降架，幅度要小，使支架梁端紧贴煤壁，支架拉出后及时打出防片帮板，如片帮严重端面距离超过规定时，要及时采取相应解决措施。

6）两巷顶板破碎时，超前支护使用木柱帽代替铁柱帽，必要时根据实际情况套加工字钢棚梁或红松木板梁，打设单体液压支柱加强支护。