浅析大采高综采工作面矿压显现规律

张卫强

(山西新元煤炭有限责任公司 , 山西 寿阳 045400)

1 工程概况

目标矿井位于山西省，矿井设计生产能力为180万t，主采的9203工作面属于典型的大采高综采工作面，工作面长度为350 m，倾角平均为4°，煤层平均厚度为7.5 m，采高7 m，顶板的管理方式为自然垮落法。工作面顶底板的相关情况如图1所示。

图1 9203工作面顶底板基本情况

2 矿山压力观测方案设计

2.1 观测工具

矿山压力测定主要通过在9203工作面现阶段使用的液压支架上安装压力传感器实现，压力传感器安装完毕后，通过专用网线将测量数值传送至中央控制中心，此时所显示的数值即为液压支架初撑力[2]。当目标工作面完成一个生产循环后，后续操作过程中得到的监控数据为对应液压支架最大工作阻力值。

2.2 测点布置

由于9203工作面为主采工作面，应当在开采初期确定其顶板初次来压以及周期来压数值，从而确保工作人员能够充分掌握巷道顶底板的矿压显现特征，进而为后续矿压防治工作的开展提供指导。

在9203主采工作面内共布置3条矿山压力监测线路，分别位于目标工作面的上部、中部及下部，压力传感器均匀布置。其中，上部的监测线路中分别在20、21及22号的大采高综采液压支架上安装压力传感器。中部的测点分别布置于49、50及51号液压支架上。下部的测点分别布置于112、113及114号液压支架上以监测矿山压力变化情况。与此同时，为更加高效且准确地观测目标工作面上覆岩层的初次来压及周期来压情况，需要进一步明确监测周期。结合目标矿井前期矿压监测结果，距离工作面端部约为10 m范围的矿山压力变化情况应当每天监测1次；当工作面推进至10 m以外时，由于顶板逐渐暴露，对应的上覆岩层将会出现一定程度的初次来压，因此，这一开采时间范围内的监测频率应当适当增加。随着工作面的不断推进，工作面上覆岩层将会出现不同程度的周期来压与初次来压，而这一时间范围内的监测频率一般应当每半小时1次，同时监测时间应当延长至本次来压结束、下次来压之前，整个阶段的矿山压力连续监测时间应当不少于两天[3]。

3 监测结果分析

3.1 上覆岩层初次来压规律分析

通过对目标矿井9203主采工作面布置的3条监测线获得的相关数据进行综合分析，结果表明：当目标工作面推进至距离端头30 m距离时，监测线路中监测到的工作阻力大于30 MPa的液压支架数量随着推进距离的延长而呈现逐渐增加的趋势。当工作面推进至距离端头37 m位置处时，可以明显听到上覆岩层发出轻微断裂声，此时对应支架监测的工作阻力值大于30 MPa的支架数量可达35台。通过与目标矿井之前的监测数据进行对比可知，这一推进点处的压力变化情况最为显著，此时对应的上覆岩层压力也呈现出不断增加的趋势，表明目标工作面上覆岩层基本顶出现了一定程度的断裂，此时对应的目标工作面初次来压相关现象逐渐显现。

现场实测数据表明，当目标工作面开切眼宽度为8 m时，对应9203主采工作面上覆岩层的初次来压步距值可以达到37 m。在工作面的持续推进过程中，当推进距离达到50 m时，对应区域范围内工作阻力值小于30 MPa的液压支架数量明显减少，最终工作阻力稳定的液压支架数量基本维持在10台左右。由此可知，当工作面推进至50 m的目标区域范围时，初次来压基本结束。结合矿井实际生产经验及相关监测结果，9203主采工作面初次来压的持续时间基本上可达18 h。通过对目标工作面范围内的液压支架阻力变化进行统计后发现，随着工作面的不断推进，支架工作阻力小于30 MPa的液压支架数量随着推进距离明显增加，大于30 MPa工作阻力的液压支架数量明显减少，二者取平均值可以初步计算得到目标工作面上覆岩层初次来压步距为40 m。

3.2 上覆岩层周期来压规律分析

工作面上覆岩层初次来压结束后，对于位于工作面上部、中部及下部的矿山压力观测结果进行持续监测及分析。通过对连续时间范围内的4次周期来压情况进行分析后发现，液压支架的阻力值表现出不同程度的变化， 安装了压力传感器的9台液压支架的压力值变化相对较为显著，基本能够反映目标工作面的矿山压力变化规律。对9台液压支架工作阻力变化值分别取平均值，其对应的来压步距值如图2所示。

图2 各液压支架对应平均来压步距

由图2可知，9203工作面上覆岩层的周期来压具的特点主要体现在以下几个方面：

1) 3条监测线路的周期来压步距监测结果表明，位于中部监测线路的周期来压步距值相对较高，整体分布较均匀且整体变化稳定，基本维持在24 m左右。出现上述现象的主要原因为，大采高综采工作面巷道中部周期来压主要受其开采过程中前方支承压力的影响，不会受周边围岩稳定性的影响。因此，巷道中部的周期来压变化较为稳定，同时监测到的数值相对较高。

2) 位于工作面上部、下部的两条监测线的监测结果显示，上述两个区域范围内的工作面上覆岩层的周期来压步距值均小于中部监测到的周期来压步距值。出现上述现象的主要原因为，位于巷道顶部以及底部的综采工作面常位于与轨道巷及运输巷交接的位置，这一范围接近安全出口且受到前方支承压力影响较弱[4]。同时，工作面顶端以及底部的周期来压变化相对较小。由图2中的监测数据可知，第二次周期来压时的工作面上部测量以及下步测量得到的周期来压步距值分别为14.26 m和8.69 m，而中部监测到的周期来压步距值可达25 m。

3) 通过对图2中显示的4次来压过程中的周期来压步距变化规律进行分析可知，目标工作面上覆岩层的周期来压步距值为25 m。

4 结 语

通过对山西某煤矿9203大采高综采工作面进行矿压监测分析可知，目标工作面所处区域的矿压显现规律主要体现在以下几个方面：首先，9203大采高综采工作面上覆岩层的初次来压步距值为40 m，对应的周期来压步距值为25 m。其次，在进行周期来压步距的计算过程中，由于位于巷道顶部和底部的区域经常与运输巷相连接，因此很容易导致这两个区域范围内所监测到的周期来压步距值均小于中部监测到的步距值。