9号、10号煤层工作面上下重叠布置矿山压力显现及控制分析

刘春盛

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.太原煤炭气化（集团）有限责任公司，太原 030024）

9号、10号煤层工作面上下重叠布置矿山压力显现及控制分析

刘春盛1，2

（1.太原理工大学矿业工程学院，太原 030024；2.太原煤炭气化（集团）有限责任公司，太原 030024）

华苑煤业通过对9201和10201综采工作面液压支架、顺槽超前支护及范围内巷道变形、初次来压、周期来压等矿山压力显现观测，总结、分析出上下两个工作面最佳技术参数，确定上下工作面最佳前后错距、工作面巷道支护稳定，有效掌握两工作面压力显现，确保安全生产。

重叠布置；矿压观测；周期来压；合理错距

山西灵石华苑煤业有限公司为2009年兼并重组整合单独保留煤矿，矿井生产能力为0.9 Mt/a，批复开采7号、9号、10号煤层，现开采9号、10号煤层。9号、10号煤层间距4.35～6.21 m，平均5.28 m。批准的初步设计采用9号煤层回采工作面超前10号煤层回采工作面78 m距离上下重叠布置同采的开采方法。为保证上下两工作面在初采及正常回采过程中的安全生产，华苑煤业在工作面初采初放以及正常回采时进行矿山压力显现观测和分析，收集、掌握矿山压力显现数据，通过一年来的观测、分析、研究，确定了适合该矿井地质条件下的上下两工作面重叠布置同采的最佳技术参数，合理确定了两工作面前后错距和巷道支护稳定性，使滞后的10号层工作面两顺槽压力显现降为最低，最大限度缩短了10号层工作面超前支护距离，为矿井安全生产奠定了基础[1]。

1 工作面上下重叠布置概况

1.1 工作面概况

9201薄煤层综采工作面胶带顺槽长为2 203 m，可采长度为2 120.5 m，轨道顺槽长为2 130 m，可采长度为2 120.5 m，工作面长度为150 m。9201工作面正下方为10201工作面，煤层间距4.35～6.21 m，平均间距5.28 m，9201与10201工作面采用上下重叠联合布置开采，9201工作面顺槽内错10201工作面顺槽中对中10 m。9201工作面超前10201工作面78 m，10201工作面胶带顺槽的长为2 282 m，可采长度为2 200 m，轨道顺槽长为2 210 m，可采长度为2 200 m，工作面长度为170 m。

1.2 工作面巷道布置及断面

9201轨道顺槽为回风巷，9201胶带顺槽为进风巷，两顺槽均采用矩形断面，沿顶板掘进。10201轨道顺槽为回风巷，10201胶带顺槽为进风巷，顺槽均采用矩形断面，10201胶带顺槽、轨道顺槽均沿底板掘进。

1.3 工作面煤层及顶底板岩性

9201工作面煤厚0.92～1.40 m，平均1.2 m，为薄煤层；9号煤顶板为较稳定的K2灰岩，厚5～8 m，具有坚硬稳定、开采后不易垮落的特点，且K2灰岩为岩溶裂隙含水层；9号煤底板为松软破碎的泥岩、砂质泥岩和炭质泥岩。10号煤厚3.45～4.7 5m，平均4.23 m，属于厚煤层；10号煤顶板即9号煤底板，为松软破碎的泥岩、砂质泥岩和炭质泥岩。10号煤底板为厚2～5 m的泥岩和砂质泥岩。

2 矿压观测方法

2.1 矿压观测手段

1）本次矿压观测所采取的观测手段：巷道表面收敛量测、综采液压支架监测、顶板离层动态监测和单体柱测压等。

2）观测方法：对工作面每架支架支护载荷每班进行观测，定期对两巷测点处巷道顶底板移近量、两帮变化量进行测量并记录真实数据，以便准确分析、确定超前支承压力影响范围和峰值点[2]。

2.2 矿压仪器仪表观测布置方法

1）巷道表面变形测点布置：巷道表面收敛量测采用十字布点法安设表面收敛监测断面，每个断面内设定两帮方向和顶底板方向的位移基点，两帮方向选定锚杆端头作为基点，顶底方向埋置钢钎作为基点，用钢卷尺和测杆进行测读。胶带、轨道顺槽侧自工作面煤壁前方10 m起开始布置巷道变形量观测断面，按每10 m间距布置观测断面，共布置10个观测断面，观测范围100 m。

2）超前支承压力观测：两顺槽内自切眼煤壁10 m起，每隔3～5 m左右安装一块压力表，共安装5块压力表，随工作面推进前移压力表。观测和记录工作面前方30 m范围内的超前支护单体压力。

3 矿压显现观测数据分析

3.1 直接顶初次垮落及初次来压

9201工作面开采后，直接顶第一次大面积垮为直接顶初次垮，判断标准为：垮高度超过1 m，范围超过工作面长度的一半，垮距离称为初次垮距。9201工作面初次垮步距为18～26 m，平均22 m，以此数据判断直接顶稳定性，属于Ⅱ类稳定顶板。10201工作面初次垮步距为6～10 m，工作面顶板全部垮，初次垮步距为8 m。图1、图2分别为9号、10号煤顶板初次垮落、老顶初次来压压力显现图。（图1-图4中1为工作面机头处支架测点；2、4为工作面距机头、机尾20 m处测点；3为工作面中部测点；5为机尾支架测点。）

3.2 基本顶的周期来压

基本顶的周期来压，沿工作面方向不是同时来压，而是呈现分段局部来压、迁移特征。工作面由两端向中间来压，支架载荷增加；两巷顶板下沉速度急剧增加，两帮移近量也增加，煤壁片帮、顶板发生台阶下沉，支柱受的载荷增加，采空区发出闷雷声等。根据观测分析：9201工作面推进200 m的矿压测试记录，工作面从第一次初次来压后，每推进20 多m左右，工作面就出现上述来压现象，初步确定9201工作面周期来压步距为22 m；10201工作面已进推进了150 m，其周期来压步距为8 m。图3、图4为9号、10号煤周期来压压力显现图。

3.3工作面两顺槽100 m范围巷道收敛分析

根据在10201工作面长期矿压的观测，分析工作面回采过程中两端头和切眼向外100范围内两顺槽矿压显现状态，10201工作面两顺槽受9201工作面压力影响，其超前100 m范围内压力变化明显，其中，工作面往外0～40 m范围内受到9201工作面及10201工作面采动双重压力的影响最大，发生顶板下沉，底板鼓起，巷帮移近等压力特征，总结分析确定：10201工作面两顺槽100 m范围内，顶底板移近量100～500 mm，平均为300 mm；两帮移近量为100～1 200 mm，平均为700 mm。图5-a、图5-b为两工作面错距大于78 m时巷道顶底、两帮移近量图；图5-c、图5-d为两工作面错距在78～58 m时巷道顶底、两帮移近量图；图5-e、图5-f为两工作面错距在58～48 m时巷道顶底、两帮移近量图；图5-g、图5-h为两工作面错距在48～28 m时巷顶底、两帮移近量图。

4 矿压观测结论

当9201工作面与10201工作面前后错距在50 m以外时，10201工作面顶板受9201工作面采动影响非常大，顶板破碎严重，工作面向外超前50 m范围内两巷顶底板及两帮收敛量变化较大，造成工作面漏顶、端头支护及超前维护工作量难度增大；当9201工作面与10201工作面前后错距在30 m以内时，9201工作面顶板受10201工作面采动影响顶板开裂且压力增大，造成9201工作面支架压力较大，立柱行程达不到规定要求300 mm，拉架难度增大。

结合现场实际观测分析，得出9201工作面周围来压为22 m；10201工作面周期来压为8 m，9201、10201两工作面前后错距在30～50 m范为内，两首采工作面超前20 m范围内两巷没有压力显现，两工作面均能正常安全生产。

5 建议

1）根据矿压显现规律，分析确定9201工作面和10201工作面在初次来压时，均要加大工作面支架的初撑力。

2）9号和10号煤层联合开采工作面前后合理错距应控制在30～50 m范围内，10201工作面加强超前支护50 m范围内两巷支护。

3）10201工作面煤层较软，在锚网支护时，要先控制两帮支护，再控制顶板支护，防止10号煤层底鼓和片帮现象发生。

[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，1984.

[2]张百胜,杨双锁,康立勋,等.极近距离煤层回采巷道合理位置确定方法探讨[J].岩石力学与工程学报,2008（1）：97-101.

Strata Behavior and Control under Overlapping Arrangement of No.9 and No.10 Working Face

LIU Chunsheng1,2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Taiyuan Coal Gasification(Group)Co.,Ltd.,Taiyuan 030024,China)

On the analysis of the hydraulic support,crossheading pre-supporting and strata behaviors,including roadway deformation,first weighting,periodic weighting,etc.,of No.9201 and No. 10201 fully-mechanized mining face,the optimal technical parameters of the two working faces were summarized to determine their staggered distance and ensure the stability of the roadways,which could guarantee the safe production of Shanxi Lingshi Huayuan Mining Co.,Ltd.

overlapping arrangement;pressure observation;periodic weighting;reasonable malposition

TD32

A

1672-5050（2015）02-0053-04

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.017

2015-01-06

刘春盛（1969-），男，山西广灵人，在职研究生，高级工程师，研究方向：矿山压力与岩层控制。