特厚煤层大采高工作面支承压力分布规律研究

2021-11-16国洪晋

煤 2021年11期

国洪晋

(潞安化工集团余吾煤业公司，山西长治 046103)

随着煤矿开采设备日益发展，各大矿区厚煤层一次采全高开采工艺成为了煤矿开采的首选，并且采高在逐步增加。然而采高的增大，工作面矿压规律、覆岩移动规律等表现出了不同的特点。随着工作面回采，打破了采场周围原岩应力场，引起了采场围岩应力的重新分布。已经开采完毕的采空区上覆岩层重量施加在了采空区周围岩体上，从而在采空区围岩形成支承压力带，在工作面前方形成的超前支承压力，随工作面开采不断地向前移动[1-3]。一般来说，超前支承压力峰值位置在超前工作面煤壁2～10 m，最远的可达20～30 m[4-5]。对于特大采高工作面而言，其超前支承压力特征势必与普通工作面不同，因此有必要掌握工作面超前支承压力特征，以便更好地服务于矿井现场的安全生产。

1 工程概况

某矿设计生产能力为500万t/a，主要开采12号、22号煤层，其中12煤层稳定可采，厚度5.2～6.5 m，平均6 m，倾角3～8°，平均6°，煤层顶板主要由炭质泥岩、砂质泥岩及砂岩组成，局部含煤线，岩层层理发育、破碎，强度较低；底板以砂质泥岩为主，层理发育、破碎、强度较低。12302工作面位于该矿12号煤三盘区，工作面倾向长度286.2 m，走向长度1 865 m，设计采高6.0 m，采用一次采全高回采工艺，属于特大采高工作面。工作面布置167台ZY 16800/32/70液压支架，超前支护采用直径100 mm单体液压支柱。

2 工作面巷道超前矿压实测

2.1 矿压监测方案

结合现场实际情况，对12302工作面两巷道围岩移近量进行观测。观测时，采用电子红外测距仪对两巷道超前120 m顶底板及两帮移近量进行观测。两巷道各布置3个测点，测点间隔20 m进行设置，现场监测方案如图1所示。要求每班对各测点进行测量，当工作面推过测点后，重新布置下一组测点，如此循环监测。

图1 两巷道测点布置

2.2 监测结果分析

图2为随距工作面不同距离时，两巷道顶底板移近量的变化趋势。如图2所示，随着工作面逐渐临近，两巷道顶底板移近量总体趋势表现出了先增大，后减小的趋势。回风巷道3个测点在超前工作面煤壁45 m附近开始受到回采影响，在20 m附近顶底板移近量达到最大之后逐渐减小，1号测点顶底板移近量最大值为135 mm，2号测点顶底板移近量最大值为286 mm，3号测点顶底板移近量最大值为362 mm；主运巷道3个测点在超前工作面煤壁43 m附近开始受到回采影响，在20 m附近顶底板移近量达到最大之后逐渐减小，1号测点顶底板移近量最大值为105 mm，2号测点顶底板移近量最大值为158 mm，3号测点顶底板移近量最大值为322 mm。

图2 随距工作面不同距离两巷道顶底板移近量变化

图3为随距工作面不同距离时，两巷道两帮移近量的变化趋势。如图3所示，随着工作面逐渐临近，两巷道两帮移近量总体趋势表现出了先增大，后减小的趋势。回风巷道3个测点在超前工作面煤壁40 m附近开始受到回采影响，在20 m附近两帮移近量达到最大之后逐渐减小，1号测点两帮移近量最大值为122 mm，2号测点两帮移近量最大值为326 mm，3号测点两帮移近量最大值为362 mm；主运巷道3个测点在超前工作面煤壁43 m附近开始受到回采影响，在20 m附近两帮移近量达到最大之后逐渐减小，1号测点两帮移近量最大值为102 mm，2号测点两帮移近量最大值为142 mm，3号测点两帮移近量最大值为383 mm。

图3 随距工作面不同距离两巷道两帮移近量变化

通过对工作面回采过程中，两巷道围岩移近量观测，12302工作面超前支承应力影响范围为45 m左右，在超前工作面20 m附近达到峰值，影响范围远大于一般采高工作面；两巷道顶底板、两帮移近量最大值300～400 mm，也远大于一般采高的工作面。

3 巷道围岩破坏状态

为研究工作面超前范围内巷道变形破坏特征，选取两巷道超前工作面20处各设置1个观测站，采用钻孔窥视仪探测工作面顶板破坏状态。每个测站内，各布置3个钻孔，分别位于巷道两顶角及顶板中央，两顶角位置分别向两帮倾斜45°，孔径为D30 mm，孔深15 m，巷道中央位置垂直于顶板，孔径为D30 mm，孔深15 m。测站及钻孔布置如图4所示。

图4 测站及钻孔布置示意

文章选取典型的钻孔窥视图进行分析，图5为主运巷道工作面侧2-1号钻孔窥视结果。图5中，在主运巷道顶板中央存在一条纵向连续裂隙，长度深入顶板1.19～7.1 m，而深入顶板1.19～10.58 m范围内顶板较为破碎，大于10.58 m范围内顶板相对完好。

结合其他5个钻孔窥视结果分析，超前12302工作面20 m顶板受到工作面采动影响，不同程度存在裂隙发育，尤其靠近工作面侧的顶板较为破碎，巷道中央及靠近煤柱侧的顶板破碎主要集中在巷道留设的顶煤位置。因此在工作面回采过程中，要加强两巷道顶板支护，特别要注意顶板留设顶煤破碎伤人，加强工作面超前支承压力影响区域的补强支护措施。