深井综放工作面周期来压规律研究及有效应对策略

深井综放工作面周期来压规律研究及有效应对策略

陈刚，肖富勇

(安徽亳州煤业有限公司信湖煤矿，安徽 亳州 233600)

摘  要：本文以信湖煤矿818综放工作面煤层赋存条件及地质条件为背景，针对信湖煤矿818综放工作面埋深大、岩层厚、来压频繁等现象，采用现场观测及矿压设备进行监测，分析818综放工作面支架压力数据，确定了818综放工作面厚砂岩顶板的周期来压强度与步距。最后基于818综放工作面周期来压显现规律提出应对策略。

关键词：深部矿井；矿压显现规律；控制策略

Abstract

Based on the coal seam occurrence conditions and geological conditions of the 818 fully mechanized top coal caving face in Xinhu Coal Mine, this paper aims at the phenomena of the 818 fully mechanized top coal caving face in Xinhu Coal Mine, such as large buried depth, thick rock strata, frequent weighting, etc., using on-site observation and ground pressure equipment to monitor, analyzing the support pressure data of the 818 fully mechanized top coal caving face, and determining the periodic weighting strength and step distance of the thick sandstone roof of the 818 fully mechanized top coal caving face. Finally, based on the periodic weighting law of 818 fully mechanized top coal caving face, the countermeasures are put forward.

Key words: deep mine; The law of strata behavior; control strategy

0 引言

随着煤炭资源开采向深部推进，地质覆岩结构复杂，地应力大，来压强度大、周期短等问题日益突出，对煤矿的安全高效生产造成了严重威胁[1-2]。复杂顶板条件下，工作面推进过程中该层位顶板常悬而不垮，当悬伸达到极限跨距后即会产生顶板瞬间大尺度垮落，造成工作面来压剧烈，产生“飓风”等动力灾害[3-4]。因此，矿压管控是实现工作面安全生产的重要保障。

本文以信湖煤矿818综放工作面地质条件为背景，结合现场监测数据，对工作面顶板来压进行了分析，确定了工作面厚砂岩顶板的周期来压强度与步距，并基于现场厚砂岩顶板来压规律提出了818综放工作面顶板来压的有效应对策略。

1 工作面概况

818综放工作面位位于81采区上山右翼，该面为矿井首采面。

818综放工作面地面标高+30.75～+31.93m，巷道标高-858.6～-927.0m，走向长度1871m，倾斜长180m。工作面共安装支架121架，其中：ZF10000/18/36D型中间支架115架，ZFG10000/22/35D型过渡支架6架。该面主采煤层为8煤组，平均厚8.40m；其中81煤平均厚4.22m，82煤平均厚2.64m，81、82之间的夹矸为深灰色块状砂质泥岩，平均1.54m。81煤上部发育平均10.59~20.94m厚的细砂岩，属于坚硬～半坚硬岩层，抗压强度30.1～76.1MPa。工作面回采过程，由于其上覆发育的细砂岩，层厚大、强度高，裂隙不发育，易形成大面积悬顶，在悬顶采空区内易积聚大量瓦斯。若悬顶的大面积坚硬顶板突然冒落，造成工作面矿压显现剧烈，工作面液压支架动载系数大，容易造成支架安全阀开启率高，开启范围大，从而导致压架等事故。

2 818综放工作面周期来压规律

818综放工作面采用ZE07型综采自动化控制系统实时在线监测，集中控制中心有相应的支架初撑力、工作阻力监视功能，数据经井下环网上传到地面调度指挥中心，可动态显示支架阻力变化参数。

本次选取818综放工作面7架（15#、30#、45#、60#、75#、90#、105#）支架作为压力采集研究对象，选取2022年7月份支架压力曲线进行分析，确定周期来压步距及来压规律。

图1818综放工作面周期来压分布图

（1）根据选取观测支架压力曲线分析：

通过压力采集点显示可以看出，工作面一个月内各部位来压次数、强度等呈线出不均匀分布状态，来压主要集中在中、下部。根据压力曲线图显示，下部15#及上部105#支架本月未出现来压显现，中下部30#及中上部90#支架本月来压两次，中下部45#及中上部75#支架本月来压三次，中部60#支架本月来压4次，自工作面两端头向中部呈线出“0-2-3-4”的周期来压规律。

（2）根据周期来压期间工作面顶板、煤壁及支架状况等现场分析：

本月工作面共来压4次，来压时间及影响范围见（表1、图1）。

表1  七月份818综放工作面周期来压统计

周期来压期间，工作面影响范围内出现顶板破碎，部分地段出现煤壁轻微片帮，支架前梁间有漏顶现象，且压力显现较为强烈处，个别支架安全阀开启，工作阻力瞬时值达到50MPa以上。

（3）通过采集支架压力上传数据及工作面现场综合分析得出：采集点压力数据显现的工作面周期来压情况与现场反应的基本一致，从而根据回采点位测算818综放工作面周期来压步距。

7月5~25日，根据回采点位测算周期来压步距分别为16.8m、20.4m、19.8m，得出818综放工作面平均周期来压步距为19.0m，来压周期6~7天。

3 周期来压对生产影响

（1）周期来压期间，因支架初撑力不符合要求，会造成煤壁压力大、顶板稳定性差，出现片帮、漏顶等情况，现场维护管理不到位，可能会造成大面积空顶，导致歪架。

（2）周期来压期间，采高控制不到位，容易出现因支架立柱压缩量大导致采高过低造成煤机通行困难，采高控制较高，会造成工作面煤壁片帮，顶板管理困难。

（3）周期来压期间，工作面上、下出口及超前管理段压力较大，可能存在顶板下沉量大、U型棚卡缆、支护锚杆、锚索等崩弹风险。

4 应对策略

针对818综放工作面的矿压显现特点，可通过以下措施应对，降低818综放工作面周期来压强度，保障工作面的安全高效生产。

（1）加强初撑力管理：持续加强矿压观测，加强初撑力监测监控，进行多轮次巡查补液，确保工作面支架初撑力≥24MPa。

（2）工作面割煤后，及时拉超前架支护顶板，支架护帮板滞后煤机滚筒不超过2架有效防护煤壁。移架时，实行擦顶移架、一次到位。提前清理架前浮煤，控制提车、落车幅度，控制降架幅度，争取一次拉移到位，减少周期来压期间，拉架对顶板反复冲击，造成顶板下沉。

（3）在周期来压期间，合理控制采高，采高控制在2.7m，既保证了在周期来压时支架立柱下缩一定量时不影响煤机顺利通过，又保证了煤壁不片帮，有利于顶板管理。

（4）加强工作面上、下出口及超前管理段的安全管理，保证工作面上、下出口高度不低于1.8m，通风断面不小于巷道设计断面的75%，对工作面超前管理100m范围内采用黑胶网全断面防护顶板，防止顶板坠物或卡缆螺栓崩弹。

5 结论

本文通过对信湖煤矿深部818综放工作面周期来压的实际观测，利用数据结合现场对其厚砂岩坚硬顶板的周期来压规律进行了分析，掌握了该工作面周期来压规律，并针对工作面因周期来压给生产带来的影响制定了有效应对策略，降低了工作面回采期间的安全风险，为该矿井和其他相似条件矿井周期来压期间的顶板控制提供借鉴，有助于提升深部煤炭资源开采的能力。

参考文献：

[1]袁亮. 深部采动响应与灾害防控研究进展[J]. 煤炭学报, 2021, 46(03): 716-725.

[2]张吉雄, 汪集暘, 周楠, 等. 深部矿山地热与煤炭资源协同开发技术体系研究[J]. 工程科学学报, 2022, 44(10): 1682-1693.

[3]李新华，张向东. 浅埋煤层坚硬直接顶破断诱发冲击地压机理及防治[J]. 煤炭学报，2017，42(2)：510−517.

[4]徐刚，于健浩，范志忠，等. 国内典型顶板条件工作面矿压显现规律[J]. 煤炭学报，2021，46(增刊1)：25−37.

作者简介：

陈刚(1973.12—),男，汉族，安徽濉溪，本科，高级工程师。现任亳州煤业有限公司信湖煤矿采煤副矿长。

联系电话：13856145617，

邮箱:www380568226@qq.com。

肖富勇（1986.09—），男，汉族，安徽濉溪，本科。现任亳州煤业有限公司信湖煤矿采煤事业部主管技术员。

联系电话：18726887776，

邮箱：www.277025403@qq.com。