缓倾斜薄煤层综采工作面矿压显现规律研究

郭洪涛

(河南平煤神马梁北二井煤业有限公司，河南 禹州 461670)

煤炭被开采出来后，采面围岩应力重新分布，造成各种矿山压力显现。通过现场实测，对矿山压力显现规律进行分析研究，对提高采煤工作面围岩控制水平、保证安全开采意义重大[1-2]。

某矿五2-11070走向长臂综采工作面，工作面倾斜长度140 m，平均采高1.2 m，煤层倾角15°，属于缓倾斜煤层。直接顶为砂质泥岩，厚度2.0～3.0 m；基本顶为中粗粒砂岩，厚度3.0～4.0 m，中部夹薄层砂质泥岩。本文目的为得出五2-11070工作面矿压显现规律，分析工作面支护形式的适应性，并对工作面顶板周期来压进行预测，提出相应的对策措施，为薄煤层综采工作面的顶板控制、支柱参数选取以及下一步推广等提供指导。

1 工作面概况及矿压观测方案

1.1 五2-11070工作面概况

五2-11070综采工作面位于±0 m水平以下、五2回风下山东部。采面走向长620 m，倾斜长平均140 m，面积为86 800 m2。该采面位于五2采区东翼上部，东部为矿区边界，北部为五2-11050采面采空区，西部为五2采区下山运输巷保护煤柱，南部为五2-11090采面保护煤柱(图1)。工作面标高-1.6～-45.2 m，对应地面标高+430～+450 m。采面内五2煤层厚度0.8～1.4 m，平均厚1.2 m。煤层变化不大，根据地质资料显示该工作面范围内无大的构造变化带，煤层上部岩石和下部岩石中等硬度，五2煤层与六2煤层间距80 m(图2)。

图1 五2-11070综采工作面巷道布置Fig.1 Roaway layout of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

图2 五2-11070综采工作面地质柱状Fig.2 Geological columnar of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

1.2 五2-11070综采工作面矿压观测方案

为分析工作面支架与围岩的相互关系，掌握五2-11070综采工作面老顶周期来压规律及强度，此次矿压观测分别对工作面液压支架的工作阻力进行现场实测。沿工作面倾斜方向每隔15架液压支架设置1个观测点，共布置6个观测点，具体观测布置如图3所示。

图3 五2-11070综采工作面矿压观测测点布置Fig.3 Arrangement of mine pressure observation points of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

2 工作面顶板来压特征

自五2-11070综采工作面初采初放开始通过现场实测，连续记录采面不同推进距时对应的各测站液压支架工作阻力，从而绘出支柱工作阻力沿工作面推进方向的分布曲线。以实测液压支架工作阻力平均值p和其一倍均方差σp之和作为基本顶来压的判据p′[3]，见式(1)。

(1)

通过对五2-11070综采工作面实测数据进行统计分析，得出不同观测点周期来压性质及特征数据(图4，表1)。受开采煤层倾斜角度、工作面倾斜长度等因素的影响，在工作面倾斜方向上顶板压力显现规律有所不同。通过对图4和表1进行分析可知，五2-11070综采工作面矿压显现呈现以下特点。

表1 五2-11070综采工作面各测站周期来压特征Tab.1 Periodic pressure characteristics of each station of Ⅴ2-11070 fully-mechanized working face

图4 各测站液压支架工作阻力随推进距变化曲线Fig.4 Variation curve of hydraulic support working resistance with advancing distance in each measuring station

(1)矿压压力显现呈现明显的分组来压特征，即各地点来压不同步。工作面监测的6个测站自下而上初次来压时步距分别为11.3、11.8、11.7、12.7、13.8、15.3 m，平均步距12.8 m；6个测站自下而上周期来压时步距分别为6.75、6.35、5.85、5.75、5.05、5.55 m，平均5.88 m。

(2)五2-11070综采工作面6个测站自下到上液压支架来压时增阻系数分别为1.11、1.12、1.14、1.13、1.12、1.13，平均为1.13。

(3)工作面中部支架压力略大于两端支架压力，下端头支架压力大于上端头支架压力。

根据观测结果分析可知，五2-11070综采工作面初次来压步距为12.8 m，周期来压步距5.88 m，整体来压次序为从下部往上部依次来压；受煤层采高的影响，薄煤层回采工作面顶板下沉空间有限，在顶板岩层膨胀变形的共同作用下，工作面矿压显现较弱，有利于工作面顶板控制。

3 工作面支护适应性分析

工作面支护装备的合理选择对采场围岩的有效控制有重要作用[3-5]。工作面支柱(支架)具有合理的支护参数，如初撑力、额定工作阻力和适宜的结构功能，才能很好地适应顶板的活动规律，从而控制好采场顶板。

五2-11070综采工作面采用ZY3000-08/16液压支架，ZF3400-14/28端头支架。工作面液压支架根据生产地质报告，五2煤层多以砂岩为其直接顶板，仅有少数地段出现伪顶。据生产矿井实践表明，凡是以该砂岩为直接顶板，顶板静压力稳定，易于支护和管理。工作面液压支架初撑力为1 978 kN，端头支架初撑力为2 032 kN。通过现场实测观察，工作面支护适应性良好，顶板得到较好控制。

4 结论

通过对五2-11070缓倾斜薄煤层综采工作面采场矿山压力显现规律以及支柱支护适应性的研究，得出以下主要结论。

(1)五2-11070工作面倾斜方向上顶板来压不同步，从工作面下部到上部依次来压。初次来压步距12.8 m，周期来压步距5.88 m。

(2)受煤层倾角、采高等因素的影响，缓倾斜薄煤层采煤工作面矿山压力显现较弱，来压时整体增阻系数不高。

(3)采煤工作面中部矿压显现较两端明显，且下端头支架压力大于上端头。