近距离煤层采空区下综采面矿压规律实测研究

侯拴贵

（山西西山煤电股份有限公司 西曲矿，山西 太原 030200）

近距离煤层上部煤层开采后，底板围岩应力状态发生改变，在底板围岩重新平衡的过程中造成底板围岩出现挤压、拉伸破坏，形成大量的裂隙发育区，致使底板围岩强度、完整性大幅度下降［1-4］。当上部煤层开采完毕后，下部煤层在开采过程中，因顶板围岩遭到上部煤层开采引起的破坏，工作面矿压显现较普通工作面而言势必会出现新的特点［5-6］。西曲矿北二采区8#和9#煤层间距平均为7.4 m，属于近距离煤层，为全面掌握采空区下近距离煤层工作面矿压显现特点，现决定以29205工作面为研究对象进行采空区下近距离综采面矿压规律研究。

1 工作面概况

29205工作面上部为太原组8#煤层采空区，工作面所采煤层为太原组9#煤层，平均埋深为220 m，倾角平均为3.5°，煤层均厚2.2 m，中间有一层均厚0.1 m左右的夹矸。29205工作面范围内，9#煤层与上部8#煤层平均间距为7.4 m，两层煤间从上至下分别为均厚4.3m的细粒砂岩和3.1m的砂质泥岩，资料显示，8#煤层采空区形成近10年。29205工作面共布置两条巷道，分别用于运煤、进风和运料、回风，均沿顶板掘进，两巷支护方式为锚网索钢带支护，局部为架棚支护。工作面设计可采走向长度为960m，倾斜长度为140m，采场布置94台ZY3600-12/28型支架，该支架额定工作阻力和初撑力为3600kN和3092 kN。

19101工作面所采煤层为太原组9#煤层，煤层均厚2.15m，平均倾角为3.5°，与上部8#煤层间距平均8.1 m，顶板为砂质泥岩和细粒砂岩，设计走向长度和倾斜长度分别为460m和126 m，该工作面采用上行综合机械化一次采全高开采，采场布置ZY3600-12/28型支架84台。

2 矿压观测方案设计

为了掌握29205工作面采场矿压显现特点，沿工作面布置五条测线，测线对应的支架分别为10#、47#、49#、51#和84#支架， 在所测支架上安装圆图仪和耐震双针压力表用以测量支架工作阻力和初撑力；为了保证支架的供液压力符合要求，在末架的总进液管路安装压力表用以监测液压系统工作压力。为了掌握回采巷道矿压显现规律，在29205工作面回风巷超前120m和130m处煤体内埋设应力计和布置十字交叉测点用以观测巷道压力变化和收敛变形。

3 矿压观测数据分析

3.1 采场矿压显现分析

由观测可知，在29205工作面从开切眼推进前，支架工作阻力变化不大，平均为2654 kN；随着工作面推进，支架平均工作阻力逐渐增大直至稳定，当工作面进一步推进，支架平均工作阻力又有逐渐升高趋势，当推至距离开切眼18 m时，后方直接顶基本垮落完毕，当距离开切眼36 m时，基本顶基本垮落完毕，说明初次来压步距为36 m，来压期间支架平均工作阻力为3326 kN，非来压期间工作阻力平均为2894 kN。随着工作面的持续推进，所测支架工作阻力出现周期性变化，架后顶板也出现相应的周期垮落，根据观测结果可知，在初次来压后，前五次顶板周期性垮落分别出现在距离开切眼48m、58m、69m、81m、90m，说明29025工作面周期来压步距为9～12m，平均为11 m，周期压力期间所测支架平均工作阻力位3255 kN，非周期来压期间支架工作阻力平均为2912 kN。现场观测发现，在工作面来压期间，工作面煤墙片帮和端头顶板冒漏有明显加剧现象，尤其是工作面中部易出现连续性大范围片帮，对片帮和端头顶板冒漏进行统计分析，非来压期间，煤壁片帮率和端头顶板冒漏率分别为17%和11%，来压期间，煤壁片帮率和端头顶板冒漏率分别42%和19%，说明顶板变化对煤壁和端头顶板稳定性影响较大。29205工作面来压特征参数与非采空区下9#煤层工作面来压特征参数对比见表1所示。由表1可知，29205工作面来压步距、来压期间支架工作阻力、来压持续时间均低于非采空区下9#煤层工作面，说明采空区下近距离工作面来压并不明显，分析认为主要是上部8#煤层的开采破坏了9#煤层顶板完整性和强度，释放了原岩应力，造成9#煤层顶板来压减弱。

表1 采空区下和非采空区下9#煤层综采面顶板来压期间特征参数

支架工作阻力分布见图1，由图1可知，支架载荷主要分布在1800～3000 kN范围内，约占统计数的60.5%，其次分布在1200～1800kN和600～1200 kN范围内，分别占统计数的18.4%和10.8%，超出额定工作阻力3600 kN的仅占统计数0.1%，同时，结合表1，分析认为29205工作面回采期间，支架工作阻力不大，顶板压力不明显，支架适应性较好，但是，鉴于29205工作面属采空区下近距离煤层开采，顶板条件较差，所测支架初撑力却普遍较低，故不利于顶板支护，故应在回采期间有意识的采取措施提高支架初撑力。

3.2 顺槽矿压显现分析

图1 29205采场支架工作阻力分布直方图

对煤体内应力计所测数据进行统计分析，可得工作面前方顶板支承压力变化曲线，见图2。由图2可知，29205工作面顶板支承压力影响范围为煤壁前方约45m，峰值位置位于煤壁前方14～17 m，所测压力峰值为19.4MPa；而非采空区下9#煤层顶板支承压力影响范围为煤壁前方60 m，压力峰值位置位于煤壁前方10～15m，压力峰值可达31 MPa，由此说明采空区下近距离煤层综采工作面超前支承压力和影响范围较小。

根据超前段巷道十字交叉测点测量时数据可知，29025工作面两帮收缩量累计为435 mm，顶板下沉量为128mm，相比于非采空区下9#煤层19101工作面而言，巷道两帮收敛量平均减小124 mm，顶板下沉量减少24 mm。

图2 29205工作面超前支承压力分布曲线

4 结语

通过现场观测掌握了西曲矿采空区下近距离煤层29205工作面矿压显现特点：

1）29205工作面初次来压和平均周期来压距离为36m和11 m，周期来压期间和非来压期间支架工作阻力平均为3326kN和3255 kN；超前支承压力影响范围为45m，支承压力峰值为19.4 MPa；巷道两帮和顶板变形量分别为435mm和128 mm，相比于非采空区下9#煤层19101工作面分别减少124 mm和24mm。相比于非采空区下近距离9#煤层而言，29205工作面来压距离、来压强度、支承压力影响范围和强度相对较小，说明对于已经稳定的采空区下近距离工作面来压相对较弱。

2）鉴于工作面支架初撑力普遍较低，考虑到8#煤层开采破坏了29205工作面顶板完整性和强度，应有意识提高支架初撑力，以确保对顶板及时有效支护。