同忻矿C3-5#综放工作面8101-2顶板来压规律的研究

马占新

0 引言

大同煤矿集团同忻矿特厚煤层综采放顶煤开采中，顶板来压有其特殊性，一般为初次来压显现小、而周期来压显现强烈。本文针对该矿C3-5#层北一盘区西综放工作面8101-2通过运用椭球体放矿理论，经过实测数据验证，从而掌握了同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2顶板来压的特殊规律，实现了安全开采。

1 同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2概况

同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西地面位于郑家岭村南部，主要大沟为杏树沟、后沟及两侧的山坡、山梁地带。盖山厚度平均442.8 m。8101-2工作面设计走向长890.5 m，可采走向长760.5 m，倾向长235 m，煤层为复杂结构，含夹石层8 层左右，夹石厚度0.10 m～0.34 m，煤层厚度平均为15.1 m，煤层倾角平均2°。老顶为粗砂岩，平均厚度为9.69 m，岩性特征为分选中等，次圆状，坚硬，夹波状层理和平行层。直接顶为高岭岩、炭质泥岩，平均厚度为2.29 m，岩性特征为灰褐色，参差状断口，贝壳状断口，条痕为灰黑色。伪顶无。本工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采的采煤方法，放顶煤方式采用多轮分层顺序放煤，按一刀一放，顶板管理采用自然垮落法。设备采用SL-500 型采煤机进行割煤、ZF15000/27.5/42 型低位放顶煤支架进行支护、JOY 公司42×1000×268AFC 型前部刮板运输机及JOY 公司42×1250×268AFC 型后部刮板运输机进行运输，据地质资料计算，刀煤割煤量为996吨，放煤量为2 445吨，其中液压支架工作阻力15 000 kN，底板前端比压2.48 MPa～3.26 MPa，支护强度为1.46 MPa，完全能满足顶板来压时的支护要求。

2 同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2 顶板来压规律

2.1 同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2顶板来压实测数据

同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2 共有支架数量138 架，分别在6#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95#、105#、115#、133#支架上，安设12 个山东尤洛卡生产的KJ216支架工作阻力在线监测系统压力分机，然后由计算机监测系统对工作面支架的载荷及其工况连续不间断地在线监测，所测的压力值通过数据线传输到地面计算机系统进行数据分析。同时在每架支架上安装一组瞬时YHY-60 数显压力表，用于当班支架工即时检测支架的初撑力和工作阻力。通过5个月14次的监测及现场观测，支架来压时最大工作阻力42 MPa（安全阀开启值），煤壁炸帮可达1.5 m 左右，影响范围工作面的80%左右的支架，并且局部有支架歪斜现象。同忻矿综放工作面C3-5#层西8101-2 工作面周期来压实测数据，见33页表1。

表1 同忻矿综放工作面C3-5#层西8101-2工作面周期来压实测数据

2.2 同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2顶板来压总结

根据相关理论研究［1-3］和现场实测数据，同忻矿综放工作面C3-5#层西8101-2顶板矿压规律为：顶煤初次垮落步距15 m，直接顶初次垮落布距24.65 m，初次来压布距30 m，来压显现不强烈，周期来压矿压显现强烈，具体总结如下：

1、周期来压与开采速度成反比，采的快，则步距小；采的慢，则步距大。步距为17 m～25 m，每推进50 m 将会有一次大的来压，并且50 m 内最多来3 次来压。同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2 的日产量与周期来压对比关系，如图1所示。

图1 同忻矿综放工作面C3-5#层8101-2的日产量与周期来压对比关系

2、周期来压现象显现为支架顶梁上顶煤下漏，底座有歪斜，煤壁有炸帮。分析认为：前脚拱软煤区域失稳垮落，在支架接顶差拘不住煤的情况下，大量煤溜出。在后脚拱底板压力的作用下，由于应力向较软的方向平移，就造成支架向较软的方向倾斜。同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2 周期来压矿压显现示意，如图3所示。

图2 同忻矿综放工作面C3-5#层8101-2周期来压矿压显现示意

3、周期来压与地质关系：只要在工作面底板出现基底冲刷，在其煤顶上方势必形成一条软煤带，大小、厚薄、等需根据工作面实际情况定，通过实际钻探可得出［4]。同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2周期来压与地质关系示意，如图4所示。

图3 同忻矿综放工作面C3-5#层8101-2周期来压与地质关系示意

2.3 同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2现场采取的措施

1、在矿压显现较为明显特殊区域，如：83#-95#架范围执行超前拉架，防止顶煤下溜（原则上不主张超前拉架）。

2、在矿压显现较为明显特殊区域，如：83#-95#架范围做到支架挺起，严禁前探梁和整个支架下栽，加强前柱的初撑力管理，一定升紧。

3、机组切割过程中保证采高的前提下，底板割平。仍按17 m～25 m 来压区间，每推进50 m 将有一次大的来压，届时加强支架的管理特别是中部支架的管理，加速推进，减少应力显现。

4、周期来压、巷道顶板变裂、顺槽炸帮大时不建议退锚。工作面压力大，片帮大时建议不放煤或少放煤，头四尾五过渡支架不放煤。其他特殊情况下，也可不执行退锚。

5、加强工作支架初撑力管理，机道顶煤碎，片帮大，煤体松软等情况下，要及时采取超前移架，快速推进和单向割煤等方式快速通过压力区，防止漏顶事故的发生。

6、超前支护，端头支护及关门柱要严格按照作业规程定的工艺工序支设，并上齐防倒，防坠装置并使工作面所有的安全出口不低于1.8 m，宽度不低于0.8 m，防止倒柱，坠梁伤人。

7、严格按照作业规程规定的退锚时间和范围，进行退锚工作，防止采空区悬板超标，造成工作面煤壁悬臂梁，出现炸帮等顶板事故发生。

3 结论

通过以上来压规律的研究，不仅使同忻矿综放工作面C3-5#层北一盘区西8101-2达到了精采、细采，还实现了安全、快速开采，值得进一步推广。如利润拟按50 元/t 计算，该工作面则多采出60 m，煤量25.53 万t，获利1 276.5万元。