长城煤矿深井工作面超前支承压力分布规律实测研究

2021-09-15张树勇

煤 2021年9期

张树勇

(新矿内蒙古能源有限责任公司，内蒙古鄂托克前旗 016200)

不同煤层在相同的开采条件下，可能有不同的支承压力分布形式[1-4]。即使煤层条件和开采技术条件相同，但由于开采深度不同，工作面推进到不同部位，其分布构成往往也不一样。研究表明，煤体存在塑性区，并且出现内应力场是与顶板岩层在煤壁前方断裂破坏相对应的。

深井开采条件下，开采深度增加，围岩的受力情况更加复杂，煤壁的破碎区和塑性区的增大使围岩更容易出现应力集中。同时塑性区分布范围将随采深的增大而增大，支承压力的峰值位置至煤壁的距离也随着采深的增加而增加，相应的支承压力的分布范围也将增大。为研究长城煤矿1301工作面支承压力分布特征，本文采用现场实测的方法分析深井工作面支承压力分布，进而为超前支护方案确定及冲击地压防治提供依据。

1 工程背景

长城煤矿1301采煤工作面位于山西组上部，埋藏标高+190～+1 000 m，可采上限标高+930～+1 000 m，平均+865 m；煤层厚度3.03～3.56 m，平均3.2 m，煤层倾角22°。采用滚筒式采煤机综采采煤工艺，工作面平均长度170 m，设计采煤机截深0.8 m，工作面采用端头斜切进刀，往返一次割一刀单向割煤方式。采用垮落法管理顶板。煤层顶板岩性主要为粉砂岩和中粒砂岩，局部粗粒砂岩和泥岩，厚度0.35～16.37 m，平均6.39 m，偶见伪顶；底板岩性以泥岩为主，粉砂岩次之，局部为砂质泥岩，厚度0.46～7.58 m，平均1.59 m。

2 监测方案

围岩内部支承压力采用KSE-Ⅱ-1型钻孔应力计测量。KSE-Ⅱ-1型钻孔应力计是由压力传感器和数字显示仪(KSE-Ⅱ型钢弦测力仪)组成的分离型钢弦振动式测频数字仪器，压力传感器的钻孔压力枕采用充油膨胀的特殊结构。用于煤矿井下煤岩体内相对压力测量。

在1301工作面辅助运输平巷、运输平巷实体煤及窄煤柱帮，共布置3个测站，结合实际地质条件，回采煤体内最深钻孔为14 m，钻孔应力计易受钻孔安装直径、安装角度、油压以及应力计本身等条件的影响，且钻孔应力计安装后部分受到破坏，1301工作面共安装3组共14套钻孔应力计。具体布置方式如图1所示。

图1 1301工作面钻孔应力计布置示意

3 监测结果分析

3.1 工作面超前支承压力

1) 辅助运输平巷超前支承压力分析。辅助运输平巷回采煤体内共安装KSE-Ⅱ-1型钻孔应力计5套：2 m，5 m，8 m，10 m，14 m。其中，2 m，10 m钻孔应力计安装后受到破坏，未能正常读数。观测所得数据结果如图2～图4及表1所示。

图2 辅助运输平巷回采煤体5 m钻孔应力计压力曲线

图3 辅助运输平巷回采煤体8 m钻孔应力计压力曲线

图4 辅助运输平巷回采煤体14 m钻孔应力计压力曲线

表1 钻孔应力计观测数据分析

超前支承压力影响范围平均为47.3 m，应力峰值距离工作面煤壁均值为7 m。

2) 运输平巷超前支承压力分析。运输平巷回采煤体内共安装KSE-Ⅱ-1型钻孔应力计5套：2 m，5 m，8 m，10 m，14 m，由于钻孔应力计安装在运输平巷实体煤帮开帮范围，安装后由于单体支柱及实体煤帮变形，致使3套应力计(5 m，8 m，10 m)导油管受到破坏未能读数。钻孔深度的限制，应力计安装最大深度为14 m。观测所得数据结果如图5、图6所示。分析运输平巷回采煤体钻孔应力计压力曲线图，得出表2。可以看出，超前支承压力影响范围约为48.5 m，应力峰值距工作面均值为16.5 m。