禾草沟煤矿50111综采工作面来压观测与预警

韩 浩

(禾草沟煤业有限公司，陕西 延安 717300)

0 引言

采煤工作面矿山压力观测就是定量研究开采过程中矿压显现规律，为现场管理提供完善的资料[1-4]，指导工程实践，解决工程问题。开展矿压观测可以掌握采煤工作面上覆岩层移动规律、回采空间围岩与支架相互作用关系，探究采动引起的支撑压力分布，寻求搞好工作面顶板管理的有效措施[5-6]。为此，对正在使用的支架适应性进行考察，即从顶板控制出发，对在既定条件下使用支架的架型、参数、特性和支护效果提出评定性意见；此外，可以根据围岩条件及支撑压力分布来确定工作面巷道断面形状、规格及支架参数，煤壁前方巷道超前维护距离；最后，根据工作面测定的周期来压步距来预测停采位置顶板压力，使停采位置避开周期来压以利于回收工作的开展。

1 工程背景

禾草沟煤矿50111工作面北邻已采50109工作面，南邻50113工作面未采区。所采煤层为5号煤，直接顶为油页岩，老顶为细粒砂岩，该工作面目前所采位置埋深220～270 m，煤层厚度2.42～2.49 m，煤层倾角0°～3°，无断层及地质构造，水文条件相对简单，其工作面布置图如图1所示。50111工作面为综采工作面，机头端支架选用4架北煤ZYT8600/16/33D型液压支架端头支架，机尾选用3架北煤ZYG8600/16/33D型液压端头支架，该支架初撑力5 066 kN，支架工作阻力8 600 kN；中间基本支架145架，型号是北煤ZY8600/15/28型液压支架，支架宽度为1 750 mm，移架步距为800 mm，该支架初撑力为5 066 kN，支架工作阻力为8 600 kN，工作面采用自然跨落法管理顶板。

图1 50111工作面布置图

2 矿压观测分析

2.1 观测内容

根据禾草沟煤业50111工作面的具体情况，并考虑到观测的可行性，决定本次矿压观测的主要内容为工作面支架支护载荷及工作面回风顺槽顶板离层仪的观测。工作面支架支护载荷的观测是采煤工作面矿压观测的重要部分，其观测结果是确定顶板来压特征的重要依据[7-8]，包括老顶周期来压特征及来压强度，其目的在于掌握所观测工作面的围岩运动规律，为顶板分类、支架选型、确定顶板控制措施、确定停采线位置提供可靠依据[9-12]。工作面回风顺槽顶底板移近量时确定超前段应力集中区域、确定超前段支护距离，保证工作面安全生产。通过支架支护载荷的观测可以确定基本顶初次来压步距、顶板压力的大小、周期来压歩距，通过回风顺槽顶板离层仪确定超前段应力集中区域、超前支护距离。基于观测结果，对工作面有关矿压显现规律进行分析，从而指导末采停采线位置。

2.2 矿压观测结果与分析

图2 工作面上部选取支架工作阻力测定结果

图3 工作面中上部选取支架工作阻力测定结果

图4 工作面中下部选取支架工作阻力测定结果

3 周期来压预测及安全预警

根据井下实测数据见表1～4，分析可得工作面来压步距如下。

表1 工作面上部选取支架来压歩距统计 单位:m

表2 工作面中上部选取支架来压歩距统计 单位:m

表3 工作面中下部选取支架来压歩距统计 单位:m

表4 工作面下部选取支架来压歩距统计 单位:m

图5 工作面下部选取支架工作阻力测定结果

工作面上部选取支架周期来压平均歩距为11.19 m；工作面中上部选取支架周期来压平均歩距为10.62 m；工作面中下部支架周期来压平均歩距为10.94 m；工作面下部支架周期来压平均歩距为10.99 m。整个工作面周期来压步距在8.5～13.6 m之间，平均步距10.8 m。工作面整体来压强度较低，来压时工作面中下部100#支架周围煤壁片帮现象较为严重，推进过程中回风巷压力显现较为明显，顶板最大离层变化量为20 mm/d。根据工作面正常回采期间周期来压分析，工作面预定铺网位置(推进度1 356 m)处可进行正常工作，工作面预定停采位置线(1 368 m)不处于周期来压期间位置，因此可根据事先预定停采线位置停采。预测周期来压位置如图6所示，黑色区域代表预测周期来压位置。

图6 工作面周期来压预测图

4 结论

(1)工作面采动应力影响下，依据现场实测数据绘制支架随推进距离的阻力曲线图，得出支架平均阻力范围约2 571～2 851.03 kN，依据来压计算公式推算出不同阶段的周期来压大小为3 006.90～3 155.54 kN。

(2)依据实测支架阻力的峰值位置，推测出实际来压步距，进一步确定了基本顶破断周期长度，并对其未开采煤体的周期来压分布进行预测，形成了多尺度下顶板灾害预警系统。

(3)依据50111综采工作面的周期来压预测应力图，在选择该工作面停采线时巧妙地避开了周期来压期，最终设定合理的停采线，即工作面的1 386 m位置处。