斜井煤柱开采矿压规律显现分析

李俊斌

(淮南矿业(集团)有限责任公司)

斜井煤柱开采矿压规律显现分析

李俊斌

(淮南矿业(集团)有限责任公司)

以谢一矿4671B4斜井煤柱工作面为对象，通过现场实测，分析了该工作面矿压规律。结果表明：工作面初次来压步距为12.5 m，动载系数1.325；周期来压步距平均为9.78 m，平均动载系数1.735；支架工作阻力基本满足生产需求，超前支撑压力影响30～60 m。为巷道超前支护提供了依据。

斜井煤柱 矿压显现规律 巷道位移

矿山开采中，为了保证主要巷道的服务年限，常常留有保护煤柱，而保护煤柱的开采不仅可以提高煤炭采出率，同时可以使巷道处于采空区卸压范围，确保煤炭安全高效开采[1-3]。

淮南矿区谢一矿已有近60 a的开采历史，回采留存的斜井煤柱是该矿提高煤炭采出率的主要途径。但随着开采深度不断增加，地质条件愈加复杂，工作面矿压显现更加剧烈，因此，对该矿4671B4斜井煤柱综采工作面进行矿压观测，分析掌握矿压规律，为围岩控制及回采保护煤柱提供依据。

1 工作面概况

4671B4工作面南起Ⅲ-Ⅳ勘探线以南34 m，北至Ⅲ-Ⅱ勘探线以北6.0 m，上限标高-580.0 m，下限标高-670.0 m，平均走向长497 m，工作面长183 m。上、下阶段B4煤层尚未掘进，北翼B4煤层已回采，南翼未回采；上覆B6煤层正在回采，下伏A3煤层未回采。风巷布置在-600 m水平，机巷布置在-660 m水平。

2 矿压实测

2.1 矿压观测点布置

采用FCH64-2型矿用本安型数字压力计，沿工作面等距均匀安置10个测站，每个测站布置两条测线，共测10架，分别安装在工作面的第1，8，23，30，47，58，71，85，95，102架的两个立柱上。在机、风巷内安装4个机械式多点位移测计，分别在风巷距工作面180，190，160，170 m处。机、风巷顶底板及两帮表面位移测点共10组，间隔5 m布置在煤壁前方200 m处。具体布置如图1所示。

2.2 工作面矿压观测结果分析

除停采时间外，该观测共计一个月。根据工作面支架载荷观测数据，绘制支架载荷随时间变化曲线。以47#支架为例，如图2所示。

工作面第23#、47#、71#、95#支架分别推进到14.2，12.3，11.6，11.9 m时，支架载荷达到最大值，直接顶开始垮落。根据支架载荷随时间变化曲线，

图1 矿压观测测点布置

可得直接顶初次来压步距平均为12.5 m，对应的平均来压支架载荷分别为23.7，28.6，25.2，33.2 MPa。

图2 47#支柱载荷随时间变化曲线

来压前支架的平均载荷分别为21.75，25.49，21.45，24.34 MPa，由综合测线结果可知，工作面直接顶垮落步距为19.2 m，来压平均支架载荷为30.84 MPa，平时平均支架载荷为23.25 MPa，动载系数为1.325。4671B4工作面初次来压特征见表1。

表1 初次来压特征

初次来压过后，随着工作面推进，在上覆岩层载荷的作用下，基本顶岩梁所受荷载拉应力超过岩体的抗拉强度时，就会呈现周期性断裂失稳现象[4]。现依据矿压实际监测数据及周期来压判别准则，分析工作面周期来压规律[5]，见表2。

表2 周期来压特征

2.3 沿工作面推进方向矿压显现特征

为合理确定工作面顺槽支护形式、超前支护距离和有效控制底鼓提供依据，在4671B4工作面的两巷中进行了巷道围岩变形测试，如图3所示。由图3可知，巷道围岩表面位移变化不大，顶底板表面位移近移量最大为40 mm，两帮表面位移近移量最大为38 mm。

图3 巷道表面位移

随着工作面的推进，巷道围岩深部位移逐渐变大，说明这时在采动影响下，超前支承压力的影响已明显显现出来，但变形速度较平缓。当测点距采煤工作面煤壁近39.8 m后，各测点活跃，巷道围岩运动急剧加快，位移迅速增加，进入超前支承压力的强烈影响区域。当距离工作面煤壁19 m时，各测点的最大变形分别可达到32，35，40，45，46，51 mm。如图4所示。围岩变形监测表明：采动对工作面前方的影响范围可以波及90 m以外；剧烈影响范围为30～60 m。

图4 巷道深部位移

2.4 支架工作阻力频度分析

液压支架工作阻力绝大部分分布在20～30 MPa，基本符合亚正态分布规律，如图5所示。工作面平均工作阻力为22.8 MPa，最大工作阻力为39.7 MPa，分别为额定工作阻力的58.6%，102%，超过25 MPa的支撑力分布概率为17.5%，大部分支架工作阻力能维持在21～25 MPa。但在停采期间，由于顶板下沉，工作阻力达到39.7 MPa，超过额定工作阻力，不仅折损了支架寿命，同时还会降低支架的性能，建议停采时间不宜过长。

图5 支架工作阻力分布频率

3 结 论

(1)通过现场实测分析，得出4671B4工作面初次来压步距为12.5 m、动载系数1.325、来压前平均载荷23.25 MPa、来压期间平均载荷30.84 MPa；工作面周期来压步距平均为9.78 m、平均动载系数1.735。

(2)采动对工作面前方的影响范围可以波及90 m 以外，剧烈影响30～60 m。据此，建议开采期间在4671B4工作面前方39.8 m 前开始对巷道进行超前支护。

(3)回采期间工作面工作阻力符合亚太分布，工作阻力平均为22.8 MPa，最大工作阻力位39.7 MPa，建议停采时间不宜过长。

[1] 宋振骐．实用矿山压力控制[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1988．

[2] 谭云亮，吴士良，尹增德．矿山压力与岩层控制[M]．北京：煤炭工业出版社，2008．

[3] 陈炎光，徐永忻．中国采煤方法[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1991．

[4] 胡国伟，靳钟铭．大采高综采工作面矿压观测及其显现规律研究[J]．太原理工大学学报，2006(2)：127-130．

[5] 柴 敬，侯树宏，崔洪明，等.高韧性煤层综放开采矿压显现规律[J]．采矿与安全工程学报，2007，24(3):331-334.

Analysis on the Strata Behavior Regularity of Inclined Coal Pillar Mining

Li Junbin

(Huainan Mining Industry(Group) Co., Ltd.)

Taking the 4671B4 inclined coal working face as the research object, through field measurement, the pressure regularity of the 4671B4 working face is analyzed. The analysis results show that, the first pressure step distance is 12.5 m, dynamic load coefficient is 1.325; average periodic pressure step distance is 9.78 m, average dynamic load coefficient is 1.735; the working resistance of the support can satisfy the production requirements basically, advance support stress influence range is 40～60 m. The above research results can provide reference for advance roadway supporting.

Inclined coal pillar, Strata behavior regularity, Displacement of roadway

2015-02-02)

李俊斌(1964—)，男，教授级高级工程师，生产部副总工程师，硕士，232001 安徽省淮南市洞山中路1号。