陆东煤矿C16-2 煤层矿压显现规律实测分析

王 伟

（云南省恩洪煤矿，云南 曲靖 655005）

云南省煤矿数量众多，但多为生产能力不高的小型矿井，对煤矿的科研投入较少，特别是对采煤工作面矿压规律研究基本空白，工作面安全状况较差。本文将对陆东煤矿C16-2煤层216-204W 回采工作面进行矿压观测，采用现代观测手段，研究恩洪矿区C16-2煤层矿压显现规律，不仅对陆东煤矿及恩洪矿区内其他工作面开采的顶板管理提供借鉴，而且为机械化改造支架选型，三机配套等机械化开采提供科学依据。

1 工作面开采技术条件

陆东煤矿C16-2煤层顶底板条件相对较差，同时由于井田内构造相对复杂，断层数量密集，进一步破坏了顶底板的结构，从而造成顶底板稳定性较差，经实测C16-2煤层直接顶随采随落，属1 类不稳定顶板，底板分类为极软弱底板。煤层顶底板岩性特征见表1。

表1 C16-2 煤层顶底板岩性特征

216-204W 回采工作面位于矿井+1770m 水平东翼采区，是一次采全高回采工作面，开采C16-2煤层，工作面走向长250m，平均倾向长131m，平均采高2m，工业储量5.87 万吨，可采储量5.58 万吨，工作面标高（m）+1730-1760m；工作面采用走向长综采采煤方法，全部垮落法管理顶板，落煤方式为机械落煤，循环进度1.0m，工作面选用ZDL3200-1.4/2.2 型液压支架，支撑高度为1.4～2.2m；该支架支护强度0.68MPa，初撑力2500kN，工作阻力3200kN，泵站工作压力为30MPa，支架中心距1.5m，支架移架步距0.6m。

2 工作面矿压观测方案

该方案拟在陆东煤矿216-204W 采煤工作面及回采巷道内布置观测区，对工作面顶板垮落、超前支承压力及巷道围岩变形进行矿压观测，从而得出该区域内矿压显现规律。

2.1 观测方案的设计

工作面测区布置：采煤工作面设上、中、下三个测区。中部测区受两端煤柱及开采情况影响较小，其矿压显现量最具代表性，故为重点测区，上、下两个测区距区段平巷护巷煤柱的距离大于15m，分别设置1 条测线。

区段平巷测站布置：分别在工作面运输平巷和回风平巷的超前支护范围内设置超前支承压力观测区、在回风平巷靠近停采线方向设置巷道围岩变形观测区。

工作面及巷道观测区布置如图1 所示。

图1 工作面、巷道观测区布置

2.2 观测内容及方法

采用SY-40 型单体支柱工作阻力检测仪来检测单体支柱工作阻力；工作面顶底板移近量用钢卷尺直接测量，采用铁锤将400～600mm 长的六棱钎分别打入顶板和底板作为基点；活柱下缩量的观测一般与顶底板移近量的观测同时进行。

回采巷道超前支承压力观测以最外侧一排单体支柱为观测线（进回风巷各安装一个），每回撤一排柱观测一次，直至该观测线回撤为止，然后又以最外侧单体支柱重新设置观测线，观测到停采线结束。在回风巷最外单体支柱旁安设一台顶板动态仪，监测超前支承压力影响下顶板移近速度。

回风巷内巷道围岩变形采用在巷道顶底板及两帮设置观测基点。观测仪器为钢卷尺，在观测区设置三个观测站，分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示。巷道变形测站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ断面距工作面分别为30m、50m、80m。

3 工作面矿压观测结果及分析

观测时间从2020 年7 月31 日开始，整个观测期间216-204W 工作面共推进50m。对观测数据进行统计整理，分析工作面基本顶初次来压和周期来压步距与强度，支架工作阻力特征，超前支承压力及巷道围岩变形规律等指标。

3.1 基本顶初次来压步距及强度

从图2 中可以看出当216-204W 工作面推进至距开切眼20m 左右位置时，工作面三条测线的支柱阻力出现急剧变化，同时，在图3 工作面推进至22m 时，顶底板移近量明显增加，最大下沉量达到410mm，证明该时刻发生了基本顶的初次来压，3 条测线来压距离不同步，其中靠近回风巷15m 处初次来压步距为20.3m，工作面中部初次来压步距21.0m，靠近进风巷15m 外初次来压步距为20.7m，216-204W 工作面初次来压步距平均20.7m。

图2 216-204W 采煤工作面支柱载荷与推进距离关系曲线

图3 216-204W 采煤工作面每循环顶底板移近量与推进距离关系曲线

从来压强度上分析，工作面中部支柱载荷明显比两端支柱载荷受力要大，最大载荷达到86.3kN，平均来压载荷为63.9kN，初次来压动载系数为2.14，持续时间2～3d。

3.2 基本顶周期来压步距及强度

从图2 中工作面支柱载荷与推进距离关系曲线分析得出216-204W 采煤工作面巷道中部周期来压步距7.0～7.7m，平均7.3m。工作面靠近回风巷侧周期来压步距7.0～9.8m，平均8.4m。工作面靠近进风巷侧周期来压步距7.4～9.0m，平均8.1m。216-204W 采煤工作面平均来压强度为57.31kN，动载系数为1.91，来压持续时间1～2d。

3.3 超前支承压力分布规律

从图4 可以得出，216-204W 采煤工作面压力随工作面推进逐渐增大，当增加到一定值时又突然卸压。通过现场观测发现，由于底板强度偏低，无法承受顶板压力，当支柱压力增加到一定值时，底板破坏，导致压力卸载，支柱载荷降低，随着顶板的下沉，压力并未出现继续增加的趋势。图中还表明C16-2煤层采煤工作面进风巷比回风巷压力峰值增加位置更远，表明进风巷的超前支承压力影响范围更大，进风巷超前支护段最大压力在12m 左右，回风巷超前支护段最大压力在8m 左右。

图4 216-204W 采煤工作面超前支护载荷随采动变化曲线

3.4 采动影响下巷道变形

通过对巷道变形进行观测来判断采动影响对巷道的破坏范围，从而确定超前支护段范围。从图5 分析来看，回采巷道受采动影响范围为36m 左右，回风巷顶底板累计变形量比两帮变形量要大，说明采动影响主要是对顶底板造成影响，影响范围从22m 内开始急剧变化，超前支护控顶范围最低不得小于20m。

图5 工作面回风巷巷道累计变形量与工作面推进距离关系曲线

4 结论

根据以上分析得出，陆东煤矿C16-2煤层216-204W 采煤工作面矿压显现规律如下：

（1）工作面初次来压步距上部为20.3m，中部21.0m，下部20.7m，平均20.7m，初次来压期间最大载荷86.3kN，动载系数为2.14，持续时间2～3d。

（2）工作面周期来压平均步距8.1m，平均来压强度为57.31kN，动载系数为1.91，来压持续时间1～2d。

（3）工作面超前支承压力进风巷影响范围更大，进风巷超前支护段最大压力在12m 左右，回风巷超前支护段最大压力在8m 左右。

（4）回采巷道受工作面采动最大影响范围为36m，216-204W 工作面剧烈影响范围为27m，超前支护范围最低不小于20m。