近距离煤层开采的矿压显现

宋 权

(山西省大同煤矿集团地煤公司，山西 大同 037001)

引 言

以往的研究中，国内外研究专家一般会将矿山压力显现的研究集中在一般开采条件的单一工作面当中，很少有研究者对近距离煤层开采所具有的压力显现规律进行分析。对于矿山压力来说，近距离煤层工作面由于巷道布置和支护方式独特，因此在压力显现方面其规律也值得认真分析。对于近距离煤层开采来说，研究其压力显现规律能够实现顶板控制，提升生产安全。

1 近距离煤层工作面矿压观测

现阶段在近距离煤层矿压观测方法当中，一般工作人员会对工作面下部煤层的上覆岩层运动特征进行观察，从而掌握在近距离煤层当中，煤层之间存在何种基本结构，以及基本顶结构和覆岩结构之间的关系，最终形成矿压显现规律的分析[1]。本文在进行研究时，针对某综放开采条件的矿山中A、B、C三个工作面进行观测，并借助观测数据进行对比分析。

1.1 观测A工作面的矿压

A工作面走向长度为800 m，北部为S08断层，南部为预计采终线，浅部界限为S05断层，深部界限为运输顺槽。工作面总面积约10.5万m2，倾斜长度140 m。工作面所面向的煤层为单一煤层，煤层厚度平均4.83 m，最厚处为6.13 m，倾角为5°～30°，夹矸层不足2层，结构简单。在煤层当中，亮煤赋存量最多，为节理发育，煤层硬度f系数平均为2.3，含矸率4.8%，发火期约为45 d。工作面上方为采空区，泥岩厚度平均1.83 m，作为工作面的直接顶，粉砂岩厚度平均2.81 m，是工作面的直接底。基于这一工作面特征，煤矿开采技术选择了综采放顶煤开采法，结合工作面走向，实现长壁后退，上下两端使用ZFG型支架，并利用采煤机进行前后滚筒割煤，完成开采。为了能够对A工作面的矿压进行观测，根据在工作面当中所使用的液压支架，以7∶1的比例设置了12个压力检测分站，又根据工作面所具有的倾斜煤层，在将工作面分为5个测区，利用支架上方的顶板变化实现实时的数据记录，完成压力显现特征的变化观测。

1.2 观测B工作面的矿压

B工作面长度为650 m，总面积8.6万m2，倾斜长度124 m。工作面煤层为复合煤层，煤层内部为褐煤，夹矸岩性多泥岩，层数达到3层，厚度约为0.58 m，含矸率5.8%。直接顶和直接底均为细砂岩和泥岩组成，直接顶为灰白色，平均厚度1.3 m，直接底为灰黑色，遇水膨胀，平均厚度为2.75 m。与A工作面相同，B工作面也采用了综采放顶煤采煤法，实现工作面走向长壁后退，工作面上下端用ZFG型过渡支架进行支护，运用采煤机进行前后滚筒割煤，完成开采。与A工作面相似，B工作面选用了8个压力检测分站，通过对支架顶板变化进行实时记录，从而实现数据统计。

1.3 观测C工作面的矿压

C工作面长度为430 m，总面积6.8万m2，倾斜长度150 m，为该矿山井田煤柱线的延伸。工作面所面向的煤层为单一煤层，结构较为简单，煤层厚度变化大，呈现由南向北厚度增加的趋势，倾斜角度平均32°，煤层最大厚度为6.31 m，最小厚度为4.28 m，夹矸厚度0.28 m，夹矸岩性为泥岩，含矸率3.93%，煤层为褐煤，自然发火期45 d左右。煤层上部采空区煤层厚度1.73 m，开采工艺当中所使用的放顶煤支架要求煤层厚度为2.5 m以上，因此采空区煤层不予开采。采煤施工工艺与监测方法，与A、B工作面相一致。采用ZFG型过渡支架，并运用采煤机进行前后滚筒割煤，完成开采。运用一定比例压力监测分站，对支架所对应顶板压力变化进行记录，从而实现数据的搜集和统计。

2 近距离煤层工作面矿压显现规律分析

本文所选用的压力监测分站的数据采集和观测方式，完成了8 h加权平均工作阻力坐标，进而绘制出5个测区支架平均工作阻力在工作面上的压力变化曲线，结合曲线对三个工作面的矿压显现特点进行了总结。

2.1 A工作面矿压显现特点

在A工作面当中，在对观测数据进行统计后，可以看出，工作面的初次来压步距约为20.1 m，且整个工作面的初次来压时间相同，来压期间，工作面动载系数1.15，支架阻力最高超过6 000 kN，表明工作面的基本顶岩层出现破裂，工作面支架阻力极高。在与5个测区的周期来压进行对比后，可以将A工作面的矿压显现特点进行总结分析。初次来压步距20.1 m，周期来压步距18.3 m，其中初次来压强度约为6 529 kN，占额定阻力87%，周期来压支架工作阻力6 157 kN，占额定工作阻力79.1%，非来压期间平均阻力约5 694 kN，占额定工作阻力70.4%，可以表明工作面的周期来压强度不高，持续时间短，工作面支架能够承受。在来压期间，上部测区相较于下部测区的工作阻力、动载系数为低，因此表明工作面下部来压强烈[2]。

2.2 B工作面矿压显现特点

在对B工作面进行观测之后，发现B工作面的初次来压步距约为18.2 m，周期来压的步距约为17.4 m，初次来压与周期来压步距差距较小。其中初次来压强度约为6 009 kN，占额定阻力80.2%，动载系数1.17，周期来压支架工作阻力6 213 kN，占额定工作阻力81.1%，非来压期间平均阻力约5 223 kN，占额定工作阻力65.7%，可以表明工作面的周期来压强度不高，持续时间短，工作面支架能够承受。在来压期间，对5个测区进行分析，可以看出，中部测区相较于上部测区和下部测区，动载系数更高，表明工作面在来压时中部更加剧烈。

2.3 C工作面矿压显现特点

在完成了C工作面的观测之后，发现C工作面面初次来压步距约为30.6 m，周期来压步距平均21.2 m。其中初次来压强度约为6 884 KN，占额定阻力88.4%，动载系数1.24，周期来压支架工作阻力6 478 kN，占额定工作阻力85.5%，非来压期间平均阻力约5 368 kN，占额定工作阻力71.5%，可以表明工作面的周期来压强度不高，持续时间短，工作面支架能够承受。在来压期间，对五个测区进行分析，可以看出，中部测区相较于上部测区和下部测区，动载系数更高，表明工作面在来压时中部更加剧烈[3]。

2.4 三个工作面矿压显现的对比分析

三个工作面都是目前近距离煤层开采的典型工作面，在对三个工作面分别进行了观测和来压分析后，可以得出目前近距离煤层开采工作面的矿压显现的特点。通过数据对比，将三个工作面的来压步距、平均支护阻力、额定阻力占比、动载系数等重要数据进行了统计和平均计算，得出以下特点分析。

首先，三个工作面在初次来压或周期来压过程中，来压动载系数都较低，平均动载系数仅为1.19，说明近距离工作面的矿压显现特点使来压显现不明显，支架受力主要为静载。在工作面中，A工作面和C工作面由于煤层间距较小，使得煤层之间并没有基本顶结构，从而形成了较高层位的岩层，在拥有松散破碎的碎矸石作为垫层后，能够形成厚度较大、稳定性高的岩层，从而使结构失稳所形成的动态载荷无法全部作用于支架上，使动载系数降低。

其次，三个工作面的来压步距波动大，并不均匀，且呈现出明显的周期性变化，这说明周期性失稳表现在上覆岩层的不同层位，从而影响了整体步距。

第三，B工作面的初次来压和周期来压与A、C工作面相比，都呈现出步距较小的特点，这是由于B工作面作为复杂构造岩层，工作面与上部煤层之间间距不大，层次之间无法在来压时形成基本顶，则出现煤层关键层的破断，因此可以获知，来压步距的变化与煤层是否形成基本顶有着密切关系。

最后，在对比三个工作面的动载系数后，可以发现，C工作面的动载系数明显高于A、B两个工作面，这表明基本顶的周期性断裂是会作用于动载系数的变化的重要因素之一，在近距离煤层当中，如果

存在坚硬基本顶，那么工作面将会受到来自上部关键层和本层基本顶的双重作用，造成动载系数增加。

3 结论

在近距离煤层当中，矿压显现的特点主要表现在煤层工作面的来压步距、动载系数和支架承受能力等方面，对矿压显现的特点进行判断可以了解到不同煤层工作面的矿压状态，并制定符合矿压状态的支护方案，从而提升生产安全。

参考文献：

[1] 钱鸣高.20年来采场围岩控制理论与实践的回顾[J].中国矿业大学学报，2015,5(11)：143-145.

[2] 曹胜根，缪协兴.超长工作面采场矿山压力控制[J].煤炭学报，2016,1(24)：122-123.

[3] 刘新江.刀柱式采空区下方极近距离煤层开采方法研究[J].山西煤炭，2016,1(19)：196-203.