综采工作面矿压显现规律探析

1 地质概况

112201综采工作面, 煤层发育良好, 地质构造简单, 无夹矸, 无大的构造, 整个煤层呈一单斜构造。煤层稳定, 煤层厚度为1.9m~4.08m, 平均为3.4m, 煤层倾角2°~29°, 平均18°, 属缓倾斜~倾斜煤层。112201工作面平均走向长4957m, 工作面平均长255.7m, 埋深平均为90m, 基岩层厚度平均为14m, 载荷层厚度平均为76m, 基载比为0.18, 顶板为典型的单一关键层浅埋煤层结构。

2 工作面监测方案设计

2.1 工作面矿压监测的目的

在浅埋煤层工作面开采过程中实施支护质量与顶板动态监测, 主要监测目的为。

掌握浅埋煤层工作面回采过程中的综采液压支架的受力状况与顶板的来压规律, 为浅埋煤层工作面的支架选型和设计及支护强度确定提供依据。

分析顶板来压规律, 实现顶板来压步距和来压强度预报, 为合理的顶板控制提供依据。

掌握巷道受工作面采动影响时围岩变形的基本规律, 为确定动压条件下回采巷道支护方法和合理支护参数提供依据。

掌握工作面超前采动影响范围和超前支承压力高峰区域, 确定工作面巷道的超前加强支护距离及对应支护技术措施。

2.2 矿压监测的流程

监测的内容包括综采支架支护阻力、工作面两巷超前单体支柱支护阻力、巷道顶板离层情况、巷道围岩表面变形情况。

2.3 工作面测站布置

工作面每台支架安装1台PM31电液控制器, 对支架的工作阻力、供液压力等自动监测记录。由主控制箱将监测数据经井下环网传输至地面调度室, 安排专人进行数据采集分析处理, 及时掌握工作面初次放顶步距、周期来压步距及最大来压强度等矿压参数。

2.4 工作面两巷测站布置

为研究工作面两巷受采动影响时, 顶板、两帮及煤壁变形及应力分布状况, 在工作面两巷分别布置超前支护监测设备、顶板离层监测设备。

3 工作面矿压实测结果及矿压显现规律分析

3.1 工作面实测结果分析

工作面监测的综采支架为ZY7000/19/40型2柱掩护式液压支架, 工作面共有支架170架, 通过对10#、90#和155#支架PM31的测量数根据以上实测的支架工作阻力分布情况可知:工作面初次来压步距为47m。

通过对10#、90#和155#支架工作阻力变化进行分析, 综合日推进度、工作面直线状态等多方面因素, 确定工作面来压周期为2~4天, 平均3天, 来压期间工作面平均最大工作阻力为31.0MPa, 周期来压步距为20m~30m, 平均25m。

3.2 沿工作面倾斜方向来压显现特征分析

受煤层倾角、开采边界条件、回采工艺、煤岩赋存条件及支护质量等因素的影响, 沿工作面倾斜方向顶板压力在各个支架PM31显示各不相同通过分析液压支架的压力发现, 不论来压与否, 顶板压力沿工作面倾斜方向呈规律性分布, 压力分布特征为中部大, 两端较小, 并且压力较高区域多分布在第60#~120#支架之间。

究其根本原因, 板OX形破断及两端的弧三角形决定了来压必然是中部大两端小, 两侧随推进受弧三角板的保护来压结束比较早。在工作面未推进到的情况下, 顶板经历卸压过程, 说明顶板结构在运动过程中能达到相对稳定。

4 工作面两巷矿压监测结果分析

4.1 超前支护段单体支柱支护实测结果及分析

为监测超前支护段单体支柱支护质量, 在工作面回风巷和运输巷距离离工作面20m左右的范围内, 在超前支护单体支柱上安设工作阻力监测仪, 自动记录数据, 并由监测人员采集。经过对4个数字压力计监测收集到的数据进行分析处理后工作面两巷超前支护单体支柱工作阻力综合变化趋势图可知, 工作面两巷的单体支柱阻力呈现出明显的低压力区、应力增高区、应力平稳区的特征:超前工作面3m~4m范围内由于工作面支架以及工作面前方煤体的支撑作用, 该区域处于卸压区, 单体支柱的工作阻力较小, 为低应力区域;超前工作面6m~15 m范围内, 超前压力迅速增加, 峰值出现在距离煤壁8m~9m的位置, 压力值为2 4.5M Pa;超前工作面2 0m以后, 逐渐接近原岩应力, 属于应力平稳区。

4.2 两巷表面位移监测

通过对所有采集的数据进行处理分析后, 安装的6个顶板离层仪都几乎没有发生变化, 只有距离工作面50m的顶板离层仪稍有变化, 且顶板最大累积离层量不超过5mm, 说明工作面采动对顶板结构的影响甚微。

5 结语

1 1 2 2 0 1工作面老顶初次来压步距为47m, 周期来压为20 m~30m, 平均25m, 来压期间矿山压力显现剧烈, 工作面压力呈现明显的两头小、中间大的规律, 顶板来压步距相对较大, 相比深埋煤层, 来压期间矿山压力增大幅度较大, 矿压显现较剧烈。

超前工作面6m~15m范围内, 超前压力迅速增加, 峰值出现在距离煤壁6m~1 5m的位置, 应力值为2 4.5M P a, 在这个区域应加强支护;浅埋煤层工作面运输平巷和回风平巷顶板几乎无离层, 且顶板最大累积离层量不超过5mm, 巷道表面位移很小。

摘要：112201工作面老顶初次来压步距平均为47m, 周期来压步距约为20m～30m, 平均25m。来压期间矿山压力显现剧烈, 工作面压力呈现明显的两头小、中间大的规律, 工作面前方6m～15m范围为应力峰值区。浅埋煤层开采期间, 顶板来压步距相对较大, 相比深埋煤层, 来压期间矿山压力增大幅度较大, 矿压显现较剧烈。

关键词：浅埋煤层,综采,矿压监测,显现