采煤工作面矿压显现规律研究

中煤科工集团常州研究院有限公司 王启峰

0 引言

随着我国对煤炭的需求量的增加，煤矿开采的深度、难度随之增加，类似于大倾角、特厚（薄）煤层等难以开采的煤层也会增多。目前国内在大倾角等特殊煤层开采上，还没有相对可靠成熟的技术，还需要有很多难题需要解决，开采过程中的采煤工作面的矿压规律研究便是其中之一。

1 采煤工作面矿压显现的主要影响因素

1.1 回采工作面围岩

1.1.1 直接顶的影响

由于直接顶是工作面开采过程中的首个支护内容，煤矿工作面开采是否能够保质、保量、安全生产，受直接顶完整与否等情况的影响较大，而且其决定着工作面采用的支护方式。直接顶岩层的力学特点以及岩层的发育情况是决定直接顶是否完整的重要因素，岩层的发育情况包括裂隙和层理。

1.1.2 老顶的影响

直接顶的稳定性受老顶的状态是否稳定以及其来压强度等因素的影响较大，在支护方面影响着支架的各个参数，如支架的最大结构高度与最小结构高度之差、支架的支护压力，同时对处理采空区所使用的方法也有着影响。煤层与老顶之间的距离远，则直接顶的厚度便大，在破断后就有较大的可能会呈现缓慢下沉平衡，同时岩层移动曲线就越缓和，来压强度越弱。

1.2 采高与控顶距

在一定地质条件下，在进行大采高工作面开采时，由于采高大则开采完成后采空空间大，势必带来相对更大的岩层破坏情况，使老顶达到平衡的可能性变小、工作面的矿压显现越严重，而且在支承压力的作用下，工作面煤壁的稳定性也就越小，片帮的可能性增大。

1.3 回采工作面推进速度

矿压显现有多个参数，其中顶板下沉参数中的速度、下沉量，前方的支承压力等，受回采工作面的推进速度影响较大。在工作面推进速度很慢时，加快推进速度可以使顶板状态有所改善，但是，随着推进速度的增加，顶板下沉量也会相应发生变化，因此在开采过程中无法“甩掉”顶板压力。

1.4 开采深度

开采深度对巷道矿山压力显现的影响较为明显，对于一些松软岩层就会出现围岩的“挤、压、臌”等现象，而对于有冲击地压的矿井，开采过程中的冲击地压强度以及冲击地砖发生的频率，与开采深度与着密切关系。

因此，开采深度的变化不可避免的影响着矿山开采压力，但是对矿压显现的影响就要针对具体情况具体分析。

2 综放工作面矿压观测方案

2.1 工作面矿压观测方案

综合机械化工作面现有的液压支架电液控制系统进行工作面矿山压力监测，该系统使用压力传感器对工作面支架的前后立柱的工作阻力进行实时监测。沿工作面倾向从上到下，分别选取 101#、100#、91#、90#??11#、10#支架进行观测，通过电液控制系统监测各测线支架的所受载荷、并定期利用坡度仪、卷尺测量记录测站支架立柱倾斜角度、伸缩量。

2.2 工作面巷道矿压现场观测方案

为了配合工作面矿压观测，在回采工作面两边巷道内选择不影响生产和其他观测项目的地点采用十字布点法共安设测站7个测站。其中回风巷3个测站，距巷尾距离分别为195m、240m、310m；运输巷4个测站，距巷尾距离分别为150m、110m、80m、50m。在回风巷道顶底板中部垂直方向（运输巷道距下帮1m处的顶底板垂直方向）和两帮水平方向钻Φ229mm、深380mm的孔，将Φ230mm、长400mm的木桩打入孔中。顶板和上帮木桩端部安设弯形测钉，底板和下帮木桩端部安设平头测钉。

观测方法为：采用ADL-2.5型沉降指示器（测杆）配合C-Ⅱ型自动记录器进行测出OA、OB、OC、OD顶底板移近量AB、两帮移近CD及AB、BC的读数。测量精度可达到1mm；采用皮卷尺测量监测断面至回采工作面的距离。观测频度为距回采工作面50m以内，每2～3天观测一次。

图1 巷道表面位移测站及测点布置

3 工作面矿压规律分析

3.1 巷道表面位移

通过对巷道表面位移移近量与距工作面距离的关系曲线图进行综合分析可知，在观测期间内，皮带巷两帮移近量最大为14mm，最小为 3mm，顶板下沉量最大为 100mm，最小下沉量为8mm；回风巷顶板最大下沉量为57mm，最小下沉量为10mm，两帮移近量一般在10mm左右。表明试验工作面皮带运输巷在开采影响期内表面位移收敛量相对较大，而巷道两帮相对移近量小于顶底板相对移近量。

图2 7#测站顶底板移近量与距工作面距离曲线

3.2 支架压力变化特征

由图工作面上中下区域液压支架支柱压力随工作面推进过程中变化曲线可以看出，工作面液压支架沿倾向分布大小比较明显，其中中部压力比较大，上部次之，下部区域最小。工作面周期来压比较明显，平均每隔5天（每天推进4m左右）周期来压一次，也就是工作面周期来压步距为20m左右，周期来压时支架支柱压力约为33.2MPa，不来压时支架支柱压力为25.7MPa。

图3 工作面上部支架支柱压力随工作面推进变化

3.3 开采过程中工作面倾角变化

沿工作面倾向从上到下，分别选取101#、100#、91#、90#??11#、10#支架进行观测，定期利用坡度仪、卷尺测量记录测站支架立柱倾斜角度、伸缩量。具体支架立柱倾角变化见图2.18。由图可以看出，工作面沿倾向倾角是不断在变化的，其中工作面中部偏下区域最大达到37°，上部较小区域大概为24°。

图4 液压支架立柱倾角变化曲线

4 结论

（1）在开采过程中，观测断面与工作面的距离影响巷道表面相对移近量、相对累计变化量。

（2）工作面液压支架沿倾向分布大小比较明显，其中中部压力比较大，上部次之，下部区域最小。

（3）工作面沿倾向倾角是不断在变化的，其中工作面倾角变化趋势是：自上而下，先增大后减小，然后再增大再减小。其中工作面中部偏下区域最大达到 37°，上部较小区域大概为 24°。

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