千米深井薄煤层回采工作面矿压显现规律研究

郑慧慧　朱增武　晁俊奇

摘 要：本文通过对千米深井朱集东煤矿1111（1）薄煤层工作面回采期间矿压显现情况进行分析，总结了千米深井薄煤层回采时的矿压显现规律，得出了顶板初次来压步距和正常回采的来压步距，为朱集东煤矿其他类似条件工作面的开采提供了依据。

关键词：煤矿开采;千米垂深;工作面回采;矿压显现

中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）11-0059-03

Study on the Regularity of Strata Behavior in Thin Coal Seam

Face of 1 000 km Deep Well

ZHENG Huihui1 ZHU Zengwu2 CHAO Junqi3

（1.Shangqiu Normal University School of Architectural Engineering，Shangqiu Henan 476000;2.Zhejiang Jiangnan Project Management Co.， Ltd.，Hangzhou Zhejing 310000;  3.Zhujidong Coal Mine of Huainan Mining （Group） Co.， Ltd.，Huainan Anhui 232087）

Abstract： Based on the analysis of the mine pressure behavior of 1111 （1） thin coal seam working face in Zhujidong coal mine， this paper summarized the mine pressure behavior law of thin coal seam mining in the kilometer deep well， and obtained the first weighting step distance of roof and the weighting step distance of normal mining， which provided a basis for the mining of other similar working faces in zhujidong coal mine.

Keywords： coal mining;thousand kilometers deep;thin coal seam face;strata behavior

新建矿井中深度达千米的深井是最近几年才出现的[1-4]。本文对新建矿井朱集东煤矿千米深井薄煤层回采矿压显现规律进行了工业性试验研究，对指导深井薄煤层工作面回采围岩控制、支架选型和安全高效开采具有重要意义。

1 概况

1.1 矿井概况

朱集东煤矿是淮南矿业（集团）有限责任公司新建大型矿井，是淮南矿业集团首个新建的开采深度接近千米的矿井，矿井建设规模为4.0 Mt/a，矿井设计服务年限82.6年。地面标高为+22.4～+23.4 m，矿井一水平井底车场设于-906 m，辅助水平设于-985 m。

1.2 工作面概况

朱集东矿1111（1）工作面是朱集东矿井首采工作面，长220 m，可采长度1 600 m，采用倾向长壁法回采，煤层平均厚度为1.26 m，回采高度为1.8 m，平均開采深度为910 m，煤厚为0.5～1.5 m，平均厚度为1.2 m，煤层的走向变化较大，煤岩层产状：85°～290°∠2°～5°;煤层结构简单，属较稳定煤层，总体构造形态呈一宽缓的背斜。

实验室测定本工作面煤层顶、底板岩样抗压强度如下。顶板岩样抗压强度：泥岩3.9～120.3 MPa，平均48.16 MPa;粉砂岩27.2～182.8 MPa，平均76.5 MPa;砂岩4.9～183.4 MPa，平均106.5 MPa。底板岩样抗压强度：泥岩3.9～138.9 MPa，平均49.1 MPa;粉砂岩36.8～106.7 MPa，平均73.3 MPa;砂岩37.9～176.3 MPa，平均100.7 MPa[5]。

整个工作面共布置148架ZZ7000-13/26液压支架，液压支架主要性能参数如表1所示。

2 工作面矿压监测

2.1 工作面矿压监测测站

采用山东科泰公司生产的KJ345液压支架压力倾角监测系统，实时监测支架前后立柱的压力变化情况，并对所获数据进行分析处理。在148架支架内共设置8处顶板压力测试分站，监测采样频率为0.2次/min，每处分站监测1架支架，均匀布置8架支架，支架压力分站设置及对应支架编号如表2所示。

2.2 监测数据处理及分析

2.2.1 工作面顶板来压步距监测与分析。通过对首采面顶支架前后压力进行连续监测（共30 d，工作面平均回采长度为91.3 m），得出8架支架的压力变化趋势，如图1所示。

由于上覆直接顶泥岩厚度较大，因此，老顶来压较稳定。工作面各部位平均周期来压步距基本相同，但由于工作面中间部位与两端头的边界条件存在差异，老顶破

断后在两端会形成“弧三角形”悬板结构，造成工作面中间部位与靠近两巷部位的压力显现特征有所不同，表现为工作面两端周期来压步距与中部不尽一致，且工作面两端矿山压力大于中部，来压期间动载系数也大于中部，初次来压时中间部位来压特征较早出现。1111（1）工作面顶板具体来压明细见表3。

2.2.2 液压支架承载适应性。将8个测站的8架支架分为上部、中部、下部三个部分，其中，上部为5#、25#、45#支架，中部为65#、85#、105#支架，下部为125#、145#支架。

上部支架时间加权工作阻力主要分布在1～4 kN，占统计总数的83.4%，其中，达到支架额定工作阻力80%（5.6 kN）的占2.1%。最大工作阻力主要分布在3～7 kN，占统计总数的84.1%，其中，达到额定工作阻力80%的占26.9%，达到额定工作阻力60%以上的占61.4%。

中部支架时间加权工作阻力主要分布在1～4 kN，占统计总数的80.7%，其中，达到支架额定工作阻力80%（5.6 kN）的占3.6%。最大工作阻力主要分布范围较广，其中，达到额定工作阻力80%以上的占统计总数的30%，达到额定工作阻力60%的占64.3%。

下部支架时间加权工作阻力主要分布在1～5 kN，占统计总數的93%，其中，达到支架额定工作阻力80%（5.6 kN）以上的仅占1.2%。最大工作阻力主要分布范围也较为广泛，其中，达到额定工作阻力80%的占统计总数的23.2%，达到额定工作阻力60%以上的占56.32%。

由以上分析可知，工作面各部位支架初撑力整体较低，平均为额定初撑力的28.5%。来压期间，加权平均阻力为3 952 kN/架，占额定值的56.5%，最大平均工作阻力为5 018 kN/架，占额定值的71.7%。支架时间加权和最大工作阻力大于额定工作阻力80%的比例仅为2.27%和26.7%，大于额定工作阻力90%的比例为0.22%和20%。因此，支架的支护参数适应1111（1）工作面煤层条件下的顶板活动规律，支架额定工作阻力也能满足支护要求。

3 结论

通过分析回采工作面液压支架压力显现情况，得出近千米薄煤层1111（1）工作面直接顶初次来压步距为13.8 m，老顶初次来压步距为32.0 m，周期来压步距为15 m。其他相似条件的工作面可以类比进行顶板管理。

回采期间，工作面各部来压整体具有一致性，受采空区顶板垮落结构的影响，两端头和中间部位来压特征有所差异，两端来压大于中部。

通过对液压支架工作阻力频率分布进行分析，可以判定ZZ7000-13/26型液压支架能满足千米深井薄煤层回采支护要求，支架选型合理，朱集东矿其他同槽工作面可以类比选型。

参考文献：

[1]王义然，夏永学，雷静.赵楼煤矿千米深井条件下矿压活动规律[J].煤矿安全，2013（2）：71-74.

[2]杨东辉，李永明，康全玉，等.超短孤岛轻放面矿压显现规律及支架适应性研究[J].中国煤炭，2017（1）：55-59.

[3]刘强，高明忠，王满，等.千米深井采动工作面矿压显现规律及覆岩位移特征研究[J].岩石力学与工程学报，2019（增刊1）：3070-3079.

[4]康红普，王国法，姜鹏飞，等.煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想[J].煤炭学报，2018（7）：1789-1800.

[5]耿献文.矿山压力测控技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2013：194-196.