石圪台煤矿浅埋深薄煤层工作面矿压显现规律研究

曹荣荣

(神东煤炭集团 石圪台煤矿， 陕西 榆林 719000)

神府东胜矿区为我国重要的能源基地，随着开采规模的不断扩大，一些埋藏条件较好的矿区率先回采完毕，薄煤层开采逐渐成为了该矿区面临的新问题。该矿区大量的煤层埋深在0～100 m，为典型的浅埋深矿区[1-2]. 因此，掌握浅埋深薄煤层综采工作面矿压显现规律，对于实现该矿区安全生产及后续薄煤层回采具有重要意义。以石圪台煤矿12402浅埋薄煤层综采工作面为背景，通过现场实测矿压，分析了该工作面矿压显现特征，为该矿及周边类似采高矿井安全回采提供科学的指导意义。

1 工作面概况

石圪台煤矿位于陕西省神木市境内，12402综采工作面位于石圪台井田12煤四盘区，煤层埋深70～90 m，工作面东、北侧为12304短壁回采区，西侧为12401采空区，南侧为大渠一矿采空区。工作面长度338 m，推进长度481.5 m，工作面布置197台DBT8 824/17/3 535液压支架。12402工作面基本顶为粉砂岩、风积沙、12上煤、细粒砂岩，平均厚度14.5 m；直接顶为粗粒砂岩、粉砂岩、中粒砂岩，平均厚度4.3 m；直接底为泥岩、粉砂岩、细粒砂岩，平均厚度4.6 m. 回采面积为16.3万m2，煤层厚度为2.7～3.2 m，平均2.9 m，设计采高2.9 m. 工作面布置见图1.

图1 12402工作面布置示意图

2 矿山压力监测方案

12401工作面共197台支架，将工作面分为上、中、下3个重点区域对支架工作阻力进行分析，上部区域选取30#、60#，中部区域选取90#、120#，下部区域150#、180#进行研究。每台支架都安设有2个压力传感器，分别检测左右两立柱的实时压力，并通过工作面电缆将每台支架的最大压力传输到控制台KTC150-Z主控制器显示屏。

将收集到的数据，利用offic软件制作成曲面图表，把图表中的最低压力设为5 000 kN，每隔500 kN用一种颜色表示，颜色越深表示顶板压力越大。通过在连续的工作面上不同的颜色深浅显示顶板压力的大小，可更直观地看出顶板岩层的活动和周期来压的步距，为研究提供方便[3]. 人工记录工作面顶板来压期间的煤壁片帮程度、顶板漏矸、支架立柱下沉、安全阀开启程度等，与顶板压力曲面图相结合，共同分析总结综采工作面周期来压规律。

3 矿压监测结果

3.1 直接顶的初次垮落

工作面推进15 m时，采空区顶板开始垮落，34#—130#架、160#架—机尾垮落厚度0.2～1 m；130#—160#架垮落厚度0.1～0.2 m，采空区垮落顶板为大块状，且垮落高度较小。工作面推进33 m时，除机头3架未垮落，其余部分均已垮落，垮落顶板呈现大块状，垮落高度0.3～0.4 m.

3.2 基本顶初次来压

初采期间工作面采高2.9～3.0 m. 工作面推进至25.3 m时，40#—90#架来压，压力7 000～7 500 kN，压力持续3刀后结束，基本顶初次来压步距为27.7 m. 来压时支架压力现象不明显，安全阀无开启，支架立柱无下沉，40#—90#架局部煤壁片帮厚度100～200 mm，工作面漏矸200～300 mm. 采空区内除两端头3#架范围内顶板未垮落外，其余位置均已垮落，且垮落较密集。工作面气体正常，采空区无涌水，顶板有少量淋水。地表出现裂隙，裂隙宽度0.3～1 cm，裂隙滞后工作面1.4 m，地表裂隙图见图2.

图2 地表裂隙图

3.2 周期来压

1) 来压特点分析。

为了便于来压特征分析，将工作面分为上、中、下3个重点区域对支架工作阻力进行分析，利用支架立柱监测仪对工作面来压前后支架立柱行程进行测量。7次周期来压期间3个测区支架压力及立柱行程见表1.

表1 各测区支架阻力及立柱行程表

由表1可以看出，工作面周期来压期间支架工作阻力中部要明显大于两端，工作面各部来压期间顶板均未出现明显下沉现象，与现场矿压显现相同，并未出现强烈的来压显现。

2) 周期来压步距。

由于工作面倾向较长，工作面各部位来压步距并不同步，选取其中5次周期来压对各测区周期来压步距进行分析，具体步距见表2.

由表2可知，工作面周期来压步距呈现中部略大于两端头的现象，周期来压步距集中在10～14 m，平均11.5 m.

3.3 支架适应性分析

将工作面分为上、中、下3个重点区域对支架工作阻力进行分析。支架工作阻力频率分布是由支架工作阻力在不同区间的百分比来确定，用来分析支架的工作状况。12402工作面初采至末采贯通共计割煤556刀，因此采集到556组压力数据，现将回采整个观测期间所采集的支架工作阻力数据进行整理，各个支架工作阻力的频率分布情况见表3.

表2 工作面各测区周期来压步距表

从表3可以看出，工作面各部位支架工作阻力主要集中在低阻力和正常阻力区域。支架工作阻力的主要分布区间为低阻力区域占55.4%. 正常阻力区域占31.4%，高阻力区域占11.1%，大于8 824 kN仅占1.6%，可以忽略不计，充分说明支架已经最大限度地发挥了其性能。根据各区段来压频次可以看出，该套支架完全可以满足工作面生产需求。整个工作区间中部压力大于两端头，高阻力区域更多的发生在工作面中部，两端头支架工作阻力较小，来压强度较弱。在工作面整个生产过程中，工作阻力主要集中在5 096～6 468 kN，现有支架完全能够满足工作面的正常生产需求，支架选择合适。

4 结 论

通过对石圪台煤矿12402浅埋深综采工作面矿压显现规律研究，可得到以下结论：

表3 各区域支架工作阻力频率统计表

1) 工作面基本顶初次来压步距为27.7 m，现场来压不明显。

2) 工作面周期来压步距、来压强度，均呈现中部大于两端头的现象，且来压期间矿压显现不明显，未见明显漏矸、片帮现象。周期来压步距集中在10～14 m，平均11.5 m.

3) 在工作面整个生产过程中，工作阻力主要集中在5 096～6 468 kN，现有支架完全能够满足工作面的正常生产需求，支架选择合适。