浅谈浅埋煤层初采矿压规律分析

摘 要：通过神东煤炭集团哈拉沟煤矿22410-1综采面回采试验与观测研究，探讨浅埋煤层超长大采高工作面的踹矿压来压规律。将工作面在初采时矿压数据有选择性的記录下来，利用Excel软件将观测到的矿山压力数据制成曲面图表，将不同范围内的数据采用不同的颜色区分开，通过颜色的变化确定顶板的初次来压步距。从而弄清顶板初次来压规律，为浅埋煤层超长大采高工作面顶板控制提供较为可靠的技术数据依据。

关键词：浅埋煤层 超长大采高工作面 初采矿压规律

来压步距

引 言

浅埋深煤层大多分布于我国西部地区，其典型赋存特点是埋藏浅、基岩薄、覆盖松散层厚[1]。我国西部浅埋深煤层近些年的开采实践表明，浅埋深煤层在开采过程中，工作面矿压显现剧烈，顶板岩层极易出现整体切落形式垮落，上覆松散层紧附基岩沿煤壁切落又会对工作面形成瞬间冲击载荷，严重影响工作面安全生产。

了解长壁综采工作面顶板活动规律对于井下生产安全、采场科学合理支护设计和管理具有重要的指导意义。浅埋煤层一般定义为埋深不超过150m，基载比小于1，顶板具有单一主关键层，来压具有明显动载现象。

哈拉沟煤矿是神东矿区隶属于神东煤炭公司的一座特大型现代化矿井，也是全国首座百人千万吨新模式矿井，实行一矿一井一面的高度集约化生产[4]。

1.1 初采期间的地质概况

工作面位于22煤四盘区，综采面长度300m，推进长度2587.9m，设计采高5.0m，初采期间范围内，上覆基岩厚55～65m，松散层厚45～50m。煤厚5.3-5.7m，平均煤厚5.5m。煤层底板标高1133～1144m，工作面整体负坡回采，工作面上覆无富水区。 工作面煤层结构简单，属稳定型煤层，煤层倾向南西（轴向NE～SW），煤层倾角1～3°。

本面直接顶为中粒砂岩，厚度1.9m，灰白-灰黑色，泥质胶结，水平层理，含大量暗色矿物及植物叶茎化石。层理发育，下部致密，f=4。老顶为细粒砂岩，厚度9.47m，灰白-灰黑色，泥质胶结，含大量暗色矿物及植物叶茎化石，底部夹薄层砂质泥岩呈细脉状，f=3。直接底为页岩，厚度3.5m，深灰色，泥质胶结，水平层理发育，遇水易软化，f=3。

工作面回采范围内煤层老顶为细砂岩、粉砂岩，厚度7.68～9.35m，为中硬砂岩，属中等垮落顶板；直接顶为细砂岩、粉砂岩，厚度2.09～2.11m，属易冒落顶板。

工作面主要受孔隙水、上覆基岩裂隙水、钻孔水的影响。第四系松散含水层主要以风积沙为主，工作面为弱～强富水区，H39水文观测孔含水层厚度20.07m，富水性强。

1.2 初采期间的矿压规律

1.2.1 水压预裂初次放顶工艺

根据神东矿区浅埋深、厚风沙、薄基岩顶板岩层特征，老顶岩层在开采过程中可视为具有单一关键层的薄板结构。开采初期，采空区顶板长距离大面积空顶不易垮落，当工作面推进到极限时就会突然全部冒落造成的飓风（高压压缩空气流动）给综采面附近的通风系统内的风门、密闭等通风设施造成很大的破坏，也会对工作面人员带来伤害。为此需在采空区顶板上实施深孔预裂爆破，将直接顶和老顶岩层炸裂，通过改变顶板围岩的结构，人为干预老顶初次来压垮落步距和来压强度。

综采面在回采前在切眼施工了水压预裂孔。

1、采用横向切槽的特殊钻头，预制横向切槽，哈拉沟煤矿顶板岩层不属于坚硬岩石，无需实施开槽作业。

2、利用手动泵为封隔器加压使胶筒膨胀，达到封孔目的。

3、连接高压泵实施压裂。

1.2.2 初次来压规律

1、直接顶初次垮落过程

2、直接顶垮落特征分析

工作面切眼采用水预裂初次放顶，推进10m左右直接顶开始由中部向两顺槽方向逐渐垮落，垮落时间较快，出现轻微飓风，产生的飓风程度不能将人员吹倒，推进16m左右除两顺槽三角区域未垮落外，工作面中部直接顶能够全部垮实，工作面20-100架支架立柱压力逐渐开始普遍增大，出现压力显现，持续3.4m（4刀煤），工作面其他段无明显矿压显现，直接顶垮落过程中工作面煤壁无片帮，支架立柱无下沉，安全阀未开启，顶板无淋水，但出现轻微漏矸现象，漏矸高度达200-400mm左右。大约向前推进至28m左右两顺槽三角区也全部垮实，直接顶垮落完全。

结论：

直接顶在推采至10m开始由中部向两顺槽开始垮落，推进至16m左右除两顺槽三角区域未垮落外，工作面中部直接顶能够全部垮实，推进至28m左右两顺槽三角区也全部垮实，直接顶垮落完全。直接顶垮落过程中工作面支架压力最大45.7Mpa，平均压力35.6Mpa，只在垮落1-2刀煤左右有矿压显现，来压强度并不强烈，垮落时间较快，出现轻微飓风，对生产无较大影响。

3、老顶初次垮落过程

1月17日0点班工作面累计推进至41m处（机尾48m），老顶来压初次来压，持续5m，同时地表出现塌陷裂缝，裂缝宽度为300-600mm左右。地表塌陷情况见下图3-1。

4、老顶初次来压特征分析

工作面老顶初次来压期间，工作面支架压力大部分位于35～45Mpa之间，压力在45Mpa以上的支架相对较少，压力最大为46.2Mpa，老顶初次来压期间支架阻力变化如图3-2所示。

老顶垮落时有飓风产生，风势还不能将立在煤壁的铁锹吹倒，支架安全阀基本无开启（支架立柱安全阀开启压力为47.3MPa），工作面煤壁较硬，无明显片帮现象，顶板未出现淋水，有严重漏矸现象出现，漏矸高度达300-500mm左右。

老顶来压初次来压后地表出现塌陷裂缝，裂缝宽度为300-600mm左右。工作面老顶来压期间支架循环末阻力见图3-3。

结论：

本次老顶初次来压步距为44.5m（不含切眼宽度8.7m），来压期间支架压力最大为46.2Mpa，平均压力37.8Mpa，非来压期间平均压力为32.5Mpa，动载系数1.16。

老顶初次垮落期间矿压显现明显，来压强度不大，工作面煤壁无片帮，顶板未出现淋水，无较大飓风现象，顶板出现严重漏矸现象，漏矸高度最大达500mm左右。

工作面支架配置液压支架工作阻力为12000KN，工作阻力较大，支架安全阀基本无开启（支架立柱安全阀开启压力为47.3MPa），无较大飓风现象。

1.3 初次来压规律及顶板控制技术

1、长300m左右的工作面采用切眼水预裂工程控制直接顶初次垮落，直接顶会由工作面中部某处向两顺槽方向分段垮落，直接顶垮落时工作面会出现轻度飓风，无较大压力显现，压力显现集中在工作面中部，回采过程中要加强人员安全管理，防止飓风将人吹倒造成人员伤害。

2、长300m左右的工作面直接顶在推进10m左右开始垮落，工作面中部垮落需要推进16m左右，工作面两顺槽三角区完全垮落需推进28m左右。

3、与同等地质条件其它工作面相比，水預裂控制顶板垮落比常规装药放炮强放工艺老顶初次垮落步距缩短（长300m面老顶初次垮落步距为60m左右，本工作面为42m，均包含切眼宽度），工作面在初采时要结合本次来压步距和工作面地质条件分析老顶初次来压步距及来压强烈程度，有效指导工作面的初采工作。

4、根据工作面老顶来压强度分析，工作面在正常推进期间，无异常情况出现的情况下矿压显现不会很强烈，本工作面顶板在来压过程中顶板破碎，要加强顶板管控，支架工移架后必须保证初撑力不低于252bar且接顶严密。

5、机头段顶板完好的情况下必须将煤机停在距机头15m处，并将滚筒降至底板，两滚筒放平，并将煤机机身段刮板机适当拉回，使煤机机身及刮板机均有一定的活动自由度，以避免老顶的大面积垮落对煤机造成冲击损坏。

6、工作面来压后，立即汇报调度室，由调度室安排相关部门检查周围巷道情况、通风设施、周围系统内人员安全情况。

7、通过收回支架侧护板对采空区进行观察，如果架后大面积悬顶时（面积达到300㎡）或冒落矸石填充高度小于2m，面积达到400㎡需采取架间二次放顶后方可继续生产，运顺与回顺端头三角区出现悬顶面积达到1000㎡时，必须实施端头二次放顶方可继续生产。

参考文献：

[1] 付玉平，宋选民，邢平伟等.浅埋煤层大采高超长工作面垮落带高度的研究[J].采矿与安全工程学报，2010，27（2）：190-194.

[2] 李建华.浅埋煤层超长工作面矿压显现规律研究[J].陕西煤炭，2009，（2）：33-35.

[3] 钱鸣高，石平五等.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.11.

[4] 岑传红.采场顶板控制及监测技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，1998.

作者简介：陈俊民（1985-），男，陕西神木人，2009年毕业于中国矿业工大学，助理工程师，现在在神东煤炭集团哈拉沟煤矿综采二队工作。