埋深不规则综放工作面矿压显现规律分析

袁 猛

(山西省阳泉煤业集团沙钢矿业投资有限公司，山西 临汾 043500)

随着技术的发展，我国对矿压显现的研究愈发广泛，但对于综放开采的研究并不是很多。当前，综放开采是我国煤层开采的重要途径之一，对于埋深不规则综放工作面矿压显现规律分析，可为掌握矿压规律，确定工作面支护强度等具体工作提供重要依据[1]。

1 矿井基本概况

本文主要研究的S煤矿，矿区内主采煤层是6号煤层，平均厚度16.9 m，煤层倾角3°～5°。顶板岩层主要为砂岩、泥岩等；底板岩层则以沙质泥岩、细砂岩为主。S煤矿的6204工作面在+1 080 m水平，工作面埋深为170 m～200 m，其工作面分为两段，A段开切眼长为86.4 m，推进长度222 m，B段开切眼长126.5 m，推进长度371 m，6204工作面采用长壁放顶煤采煤法，后退式开采，煤层厚度10 m，切割高度3 m，放煤高度7 m。工作面选用ZF9000/17/32型支撑掩护式液压支架作中间架，主运输巷断面4.6 m×2.9 m，辅运输巷断面为4.2 m×2.9 m，顶锚杆使用Φ18 mm×2 100 mm无纵筋螺纹钢锚杆，间排距1 000 mm×1 000 mm，铺设10号单层菱形金属网，每3 000 mm打1个根锚索。工作面侧帮部位用Φ16 mm×1 600 mm的玻璃钢锚杆，间排距1 000 mm×1 000 mm，铺设塑料尼龙网。煤柱侧帮部分，则采用Φ18 mm×1 600 mm纵筋螺纹钢锚杆，设置间排距为1 000 mm×1 000 mm，并设10号单层菱形金属网[2]。

2 矿压显现规律分析

2.1 支架矿压显现

矿井的5、15、25、35、45、55、65、75、82号工作面上，分别安设了CDW-60R型支架压力记录仪，由于工作面分A、B两段，分别对这两段做出分析。

A段工作面来压方面，A段开切眼宽86.4 m，在6204工作进行54 m推进时，在15、25、35、45号支架都有一次强烈的来压，因此，确定A段工作面基本顶初次来压，步距平均为54 m，动载系数达到1.65左右，是比较剧烈来压显现，之后，再次测量，动载系数略微降低[3]。表1为A段步距与动载系数规律。

表1 6204工作面A段来压步距(部分)

B段工作面来压方面，B段工作面开切眼宽126.5 m，在6204工作面B段推进33.2 m的情况下，工作面支架有一次强烈的基本顶初次来压，平均步距33.2 m，平均动载系数为1.59，来压显现较剧烈。第162页表2为B段步距与动载系数规律。

由表1、表2可以得出：当工作面开切眼宽度由86.4 m增长到126.5 m时，工作面增加了25%，加之，推进到切开眼变化段时，工作面停止了很长一段时间，B段初次来压比后面大。因此，通过对比分析可知，工作面增加以后，顶板的断裂活动超前和充分采动来的时间较早，所以造成初次及周期的来压步距减小，动载来压强烈程度也随之降低。

表2 6204工作面B段来压步距(部分)

2.2 巷道变形分析

为了解工作面推进期间回采巷道矿压显现规律，S矿井在巷道中设置了表面位移检测系统。此系统通过工作面开切眼到测点的距离，分别检测了巷道两帮和顶底板的位移数量和推进距离的关系。通过研究检测结果得出，在工作面推进时，回采巷道的变形量小，即便是在初次来压和周期来压的间隙，最大变形量仅为10 mm，变形情况也无明显变化。由于工作人员对最大变形量无法进行区分，工作面前方影响区、剧烈影响区的辨别工作很难通过巷道变形分析的方式进行[4]。

3 超前应力的监测和探测

3.1 持续监测采动应力

1) 工作面煤壁侧采动应力的变化规律。首先，在采动应力连续监测系统的选择上，KJ-25煤力检测系统将用于监测中，此系统由KJ25-F矿用本安型压力监测分站、钻孔应力以及KJ25-Z信号转换器组合而成。其次，在具体实施步骤方面，测试人员在6204工作面回风巷中的工作面煤壁侧面，工作面煤柱，安装了1号～6号，共6支钻孔应力计，其安装深度分别为3、5、7、9、11、13 m。应力监测结果表明，工作面在回采到距离1号钻孔应力计2.1 m时，应力开始急速增大，到0.1 m时达到最大；当工作面回采到距离3号钻孔应力计4.9 m时，此处的应力开始急速增大，且到4.4 m时应力达到最大值；在工作面回采到距离6号钻孔应力计4.2 m时，应力在此处急剧增大，并到3.2 m处达到最大值。综上所述，6204工作面基本上没有前方影响区，超前剧烈影响范围在距离煤壁5 m以内，超过5 m以后工作面的超前支承应力变化会减小[5]。

2) 煤柱侧采动应力的变化规律。当工作面推进到距离1号钻孔应力计0.6 m时，钻孔应力计相对值虽然变化较小，但也开始发生变化，推进到8.9 m后，相对值开始快速增加并在推进至9.6 m以后达到最大值。因此，煤柱侧的超前剧烈影响的范围较小，其工作面后方影响范围为8.9 m～9.6 m。煤柱侧采动应力的变化如图1所示。

图1 煤柱侧采动应力的变化

3.2 CT探测采动应力

采动力探测采用PASAT-M型便携式微震探测系统，PASAT-M基于地震波层析成像技术(即地震波CT技术)，通过地震波穿越煤矿或岩体时能量的变化，可得到煤岩体中地震波速度或者地震波衰减程度的图像，可以较为简便地得出煤体的地质构造及应力异常部分以及煤层厚度变化等异常区域。这项技术为煤矿开采过程中在工作面开采设计、动力灾害预测预报、防治效果检验及安全工作实施方法的制定提供了重要理论与现实依据。

实验通过层析成像探测，获得了35炮，每炮12道，共420项地震数据。在仪器进行探测时，没有噪声等其他因素的干扰，因此基础数据较为科学。煤层在开采过程中，工作面内不同位置会发生应力变化，地震波在应力低的位置传播速度慢；地震波在应力高的位置传播速度较快，呈现一种高速传播特征。如，地震波突然出现高速异常现象，可能是应力集中区域或煤厚变薄区域。具体来说，假设地震波波速位于工作面附近，且距离工作面0 m～20 m，在靠近工作面一侧CT异常，同时，根据工作人员现场勘查，煤层厚度、矸石等客观条件与其他区域变化不大，且没有构造，可判断此处是应力集中区。若CT异常值不高，地点位于辅运巷道附近，位置在距工作面55 m～95 m处，则可判断此处是煤层变薄区域[6]。

4 结语

综上所述，不规则工作面的来压步距和开切眼长度有关，开切眼长度越长，来压步数减小，来压强度就越低；此外，工作面推进时，巷道无明显变形，同时，该工作面支承压力超前影响范围仅为5 m，超过5 m后工作面超前支承压变化小。通过分析可得，工作面加长，来压步距减小，动载来压强烈程度也随之降低。因此，工作人员在进行煤矿作业时，可充分参考以上数据，保证作业安全。