潘一矿二水平首采面综采矿压显现特征及控制技术研究

余刚

摘要： 为了掌握潘一矿二水平综采面矿压显现特征，结合工作面地质和开采技术条件，通过回采期间综采工作面和两巷矿压观测，揭示采场和巷道矿压显现规律，得到综采面的来压步距，来压强度及回采引起的回采巷道变形情况，并提出了综采工作面及两巷的控制技术措施，为后续类似条件下工作面开采提供一定的参考依据。

Abstract： In order to master appearance characteristics of rock pressure of the second level of fully mechanized coal mining face in Panyi No.1 Mine， combined with the geological and mining conditions， and through the observation of fully mechanized coal mining face and the two-roadway mine pressure， this paper revealed the appearance regularities of mine and roadway pressure， obtaining the weighting step in fully-mechanized working face， strength and the roadway deformation， and put forward control measures of the fully mechanized working face and the two lanes， providing a reference for the subsequent working face mining under similar conditions.

关键词： 深部开采；采场；矿压显现规律；围岩变形

Key words： deep mining；stope；strata behavior；surrounding rock deformation

中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0102-03

0 引言

随着我国经济社会快速发展，能源需求的快速成長，新能源发展受限于成本、技术等因素的制约，在未来相当长的一段时间内，以煤炭、石油为主能源消耗结构还难以改变。新建成投产的综合机械化开采矿井，煤层相关工作面及两巷矿压显现规律尚未系统研究，要保障矿井高产高效，就要认识开采工作面的特有矿压规律[1]。研究和掌握首采综采工作面的采场及巷道矿压显现规律，为后期工作面的生产管理和围岩控制提供参考依据[2]。

1 工作面开采地质条件

21111（1）工作面位于潘集背斜南翼，煤岩层基本上呈单斜构造，除Ⅵ19及Ⅵ21孔附近走向有较大变化外，其余段走向一般为100～135°，倾向190～225°。工作面所采煤层为11-2煤，煤层厚度1.19～3.09m，平均2.09m，工作面走向长1800m左右，倾向宽360m左右。

2 采场矿压显现特征

2.1 工作面矿压观测内容

为了准确掌握潘一矿二水平首采工作面顶板初次来压和周期来压步距和强度等矿压显现特征[3]，分析支架与围岩相互作用关系[4]，主要观测内容包括工作面液压支架支护阻力的测定和工作面支架安全阀开启率统计观测[5]。

工作面采用支架工作阻力连续监测仪监测液压支架的工作阻力，沿工作面倾向按照支架的编号从中选择15组支架压力观测站组成走向测区，观测回采面走向的支架受力特征。数据以及支架安全阀开启情况观测记录在正常回采后开始，测站的位置情况见表1所示。

2.2 工作面矿压显现规律分析

2.2.1 工作面沿走向矿压显现特征

初采期间，观察发现工作面风巷端3-15#支架以及工作面中部31-42#支架后方的直接顶已经冒落；工作面中部至风巷端后方采空区直接顶基本全部冒落。依据进尺测算，可判定直接顶初次垮落步距为8～10m左右。根据采集的矿压观测数据，结合现场的情况，绘制工作面的压力随工作面推进变化曲线，如图1所示。

根据观测数据分析，工作面老顶初次来压步距约23.3m，在工作面推进至约13.7m时，呈现局部来压，在推进至大约15.6m时，来压比较明显，强度较大，老顶来压持续时间长；回采期间工作面周期来压规律性较强，周期来压范围9.8～13.5m，平均来压步距为11.5m。虽然工作面地质条件及煤层赋存条件复杂，工作面揭露的断层很多，在开采过程中对正常生产造成了一定的影响，但随着工作面的推进，采出空间的增大，老顶总是在达到极限跨距之后有规律地断裂，工作面的周期来压特征明显。

2.2.2 工作面沿倾向矿压显现特征

工作面沿倾斜方向的压力分布具有较强的规律性，位于中部测区的49#～51#号支架工作阻力明显大于工作面上下端部测区，其最大工作面阻力达到42.1MPa，实际观测中发现，来压期间支架安全阀部分开启，工作面端头的顶板来压相对滞后。

3 回采巷道矿压显现特征

3.1 两巷矿压观测方法

回采期间，通过对两巷巷道表面位移和巷道围岩内部相对位移的观测，判定巷道表面位移收敛情况以及巷道围岩松动范围随工作面采动的变化规律，为工作面的两巷支护和相邻工作面煤柱的留设提供参考依据。

3.2 两巷矿压观测方法

对工作面两巷内表面位移量和煤体深部位移观测数据并进行整理，得到巷道移近量及变形速度曲线和两巷深部基点位移变化曲线如图2和图3所示。

正常回采期间，随工作面的推进，主要分布为3个主要影响区域。

①无采动影响阶段。在工作面前方53m以外，该段内巷道受回采影响很小，围岩移动速度较小，巷道维护状况良好。②采动影响阶段。随工作面的推进，在25～53m范围内，由于巷道受工作面超前支承压力作用，巷道变形速度逐渐增加。③采动影响剧烈阶段。随工作面的推进，由于受回采动压的强烈影响，在距工作面煤壁前方25m以内，巷道围岩变形剧烈，巷道变形速度明显增大。超前影响范围为50m，超前加强支护范围为工作面前方25m。

4 围岩控制技术措施

4.1 来压期间采场围岩控制措施

21111（1）工作面实际推进中，需采用必要的控制措施确保生产的安全顺利进行。采场围岩控制措施主要包括：①在初采期间，工作面支架应加强检修，如发现窜漏液应及时处理；②支架要接实顶底板；提高工作面支架初撑力，支架升起后，必须持续供液3～5秒，保证支架达到规定初撑力，严防冒顶；③若局部片帮掉顶，煤机必须停止割煤，拉超前支架、移架时，尽可能带压擦顶移架；④采高严格控制在作业规程规定范围内，严禁工作面采高超高。

4.2 煤壁片帮的控制措施

本工作面采用走向长壁开采，回采初期，煤壁片帮不是很明显，但随着采深的加大，煤壁支承压力和煤壁破碎区宽度不断增大。在工作面回采后期，采取如下措施有效预防和治理煤壁片帮。①加快工作面推进速度；②充分发挥护帮装置的作用；③全方位连续动态监测工作面矿压；④加固煤壁。

4.3 回采巷道围岩控制措施

通过两巷矿压实测判断，巷道收敛率及矿压显现剧烈程度在采用U型棚支护方式下，完全可以满足工作面的生产和运输要求。为了减轻工作量和工人工作强度，在类似条件下可优先采用锚网索支护，即提高工作面的推进速度，又节省巷道支护成本。同时在依据矿压显现规律做好回采期间采用分段超前分级加强支护措施。

5 小结

①通过监测数据和现场观测分析，21111（1）工作面初次来压步距为23.3m，來压强度37.8MPa，回采期间工作面周期来压规律性较强，周期来压范围9.2～13.8m，平均来压步距为11.5m。来压强度为40.6～42.4MPa，该工作面来压期间周期来压规律较明显。

②通过现场实测获得的21111（1）回采巷道矿压特征，综采面前方25m范围内为采动影响剧烈区，工作面前方25m～53m为采动影响显著区域，53m之外为采动影响不明显区域。

③根据现场实际情况，提出了包括及时移架护顶、保证初撑力等措施、避免支架虚撑、防止漏顶等工作面来压期间顶板稳定控制措施；提出了工作面回采期间预防和治理煤壁片帮的措施以及回采期间采用分段超前分级加强支护措施。

参考文献：

[1]刘军见，刘光平.钱营孜矿首采面及两巷矿压显现规律研究[J].煤炭技术，2011（03）：71-73.

[2]罗胜兵，马辉.袁店一井煤矿大采高首采工作面矿压显现规律[J].矿业工程研究，2012（04）：13-16.

[3]杨双林.坚硬顶板条件下综采工作面来压步距的确定[J].山西焦煤科技，2013（02）：34-36.

[4]尹希文，朱拴成，安泽，薛吉胜，秦子晗.浅埋深综放工作面矿压规律及支架工作阻力确定[J].煤炭科学技术，2013（05）：50-54.

[5]孙国顺，曾庆良，张鑫.大倾角综放工作面支架与围岩相互作用关系研究[J].煤矿机械，2008（03）：62-64.