許添寶

（廣東安元礦業(yè)勘察設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 惠州 516211）

1 工作面布置

1.1 工作面概況

12117大采高工作面位于柳塔煤礦12煤層西部盤(pán)區(qū)，工作面東側(cè)為12116-3及12116-4綜采工作面采空區(qū)，西側(cè)緊鄰井田邊界，南側(cè)緊鄰盤(pán)區(qū)大巷，北側(cè)為實(shí)體煤，未采動(dòng)。工作面長(zhǎng)256 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為 1 338 m，傾角為 1°～3°，煤容重 1.32 t/m3，煤層厚度4.5～5.0 m，平均采高4.8 m，可采儲(chǔ)量217萬(wàn)t。煤層頂?shù)装迩闆r詳見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装逄卣鞅?/p>

1.2 工作面支架布置

工作面選用鄭煤生產(chǎn)的ZY12000/25/50型兩柱電液控支架支護(hù)，共計(jì)151臺(tái)，其中中間架141臺(tái)，端頭支架6架（頭3尾3），過(guò)渡支架4臺(tái)（頭2尾2）。支架工作阻力均為12 000 kN，除局部支架重量41.0 t/架外，端頭支架重量與過(guò)渡支架重量均為40.0 t/架。

2 工作面頂板礦壓監(jiān)測(cè)

2.1 礦壓監(jiān)測(cè)站的布置

12117工作面設(shè)置6個(gè)觀測(cè)站，每個(gè)觀測(cè)站記錄三架支架的采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的采集利用液壓支架自帶支架壓力采集器定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行采集。I號(hào)觀測(cè)站采集7、8、9號(hào)支架的壓力數(shù)據(jù)，II號(hào)觀測(cè)站采集35、36、37號(hào)支架的壓力數(shù)據(jù)，III號(hào)觀測(cè)站采集70、71、72號(hào)支架的壓力數(shù)據(jù)，IV號(hào)觀測(cè)站采集100、101、102號(hào)支架的壓力數(shù)據(jù)，V號(hào)觀測(cè)站采集131、132、133號(hào)支架的壓力數(shù)據(jù)，VI號(hào)觀測(cè)站采集149、150、151號(hào)支架的壓力數(shù)據(jù)。

2.2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

2.2.1 初采期間礦壓觀測(cè)

采集到的數(shù)據(jù)記錄后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將六個(gè)測(cè)站記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求出支架平均工作阻力以及全部支架每次觀測(cè)壓強(qiáng)平均值，記錄成表繪制曲線圖，分析初采期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律（如圖1、下頁(yè)圖2所示）。

圖1 頂板來(lái)壓監(jiān)測(cè)與支架工作阻力平均值曲線

結(jié)合采集數(shù)據(jù)繪制曲線圖可以看出，支架的平均工作阻力為8 791 kN。初采期間頂板來(lái)壓均勻，液壓支架工作阻力變化不大，并未出現(xiàn)頂板來(lái)壓瞬間增大的現(xiàn)象，檢測(cè)的液壓支架工作阻力均小于 10 000 kN，符合液壓支架規(guī)程范圍，支護(hù)效果良好。

圖2 監(jiān)測(cè)站各支架平均工作阻力關(guān)系

2.2.2 正?；夭善陂g礦壓觀測(cè)

在工作面正常回采期間，對(duì)各監(jiān)測(cè)站支架進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，監(jiān)測(cè)站內(nèi)的支架工作阻力數(shù)據(jù)隨著工作面的開(kāi)挖呈正態(tài)分布，即靠近機(jī)頭、機(jī)尾以中間支架區(qū)域的支架工作阻力相對(duì)較大，隨著工作面的推進(jìn)總支架工作阻力會(huì)周期性的突然瞬間增大，這表示周期來(lái)壓突然發(fā)生[1]，以最具代表性的I測(cè)站以及III測(cè)站作為分析目標(biāo)，繪制工作阻力與推進(jìn)距離關(guān)系圖以及工作阻力頻率分布特征圖，如圖3、圖4所示。

圖3 I測(cè)站支架工作阻力與推進(jìn)距離關(guān)系

圖4 III測(cè)站支架工作阻力與推進(jìn)距離關(guān)系

頂板來(lái)壓監(jiān)測(cè)站從開(kāi)挖4.7 m時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從圖3可以看出I測(cè)站采集的數(shù)據(jù)在回采4.7～33.0 m階段時(shí)隨著工作面的開(kāi)挖支架工作阻力在6 500 kN左右浮動(dòng)，最大支架工作阻力值為7 108.96 kN，最小支架工作阻力值為4 772.8 kN。當(dāng)工作面回采至36.0 m時(shí)，支架動(dòng)作阻力由33.0 m時(shí)的監(jiān)測(cè)值（6 132.16 kN）瞬間增大到9 343.2 kN，此時(shí)老頂初次來(lái)壓突然發(fā)生，來(lái)壓前回采工作面上方空間的頂板壓力還比較小，來(lái)壓后工作面開(kāi)始出現(xiàn)片幫，但并不代表塌陷[2]。開(kāi)采至48.5 m時(shí)支架工作阻力值回落到6 174.72 kN，初次來(lái)壓影響范圍達(dá)12.9 m。工作面開(kāi)采至55.8 m時(shí)支架工作阻力為8 239.36 kN，此時(shí)老頂?shù)闹芷趤?lái)壓發(fā)生，來(lái)壓步距為20.2 m。隨后又發(fā)生多次回采工作面周期來(lái)壓分別為75.3 m時(shí)，來(lái)壓步距為19.49 m；94.2 m時(shí)，來(lái)壓步距為18.9 m；114.5 m時(shí)，來(lái)壓步距為20.3 m；132.8 m時(shí)，來(lái)壓步距為18.3 m。

從圖4可以看出III測(cè)站采集的數(shù)據(jù)在回采4.7 m～33.0 m階段時(shí)隨著工作面的開(kāi)挖支架工作阻力在7 100 kN左右浮動(dòng)，最大支架工作阻力值為7 385.28 kN，最小支架工作阻力值為5 526.4 kN。當(dāng)工作面回采至36.0 m時(shí)，支架動(dòng)作阻力由33.0 m時(shí)的監(jiān)測(cè)值（6 561.6 kN）瞬間增大到9 296.8 kN，此時(shí)老頂初次來(lái)壓突然發(fā)生，來(lái)壓前回采工作面上方空間的頂板壓力還比較小，開(kāi)采至43.6 m時(shí)支架工作阻力值回落到6 853.92 kN，初次來(lái)壓影響范圍達(dá)8.0 m。工作面開(kāi)采至55.8 m時(shí)支架工作阻力為9 073.12 kN，此時(shí)老頂?shù)闹芷趤?lái)壓發(fā)生，來(lái)壓步距為20.2 m。隨后又發(fā)生多次回采工作面周期來(lái)壓，基本來(lái)壓情況與I測(cè)站類似。

綜合以上數(shù)據(jù)可看出：大采高工作面在初次來(lái)壓后會(huì)出現(xiàn)多次老頂來(lái)壓，來(lái)壓步距多在18～20 m范圍內(nèi)，老頂來(lái)壓期間工作面煤壁出現(xiàn)局部片幫的現(xiàn)象，現(xiàn)象集中在煤壁的中上部，片幫直接導(dǎo)致液壓支架的護(hù)幫板不能護(hù)實(shí)煤壁，支架工作阻力也會(huì)比其他周期來(lái)壓較大，來(lái)壓步距變?yōu)?0～70 m范圍內(nèi)，認(rèn)為此時(shí)的周期來(lái)壓為大周期來(lái)壓[3]。大周期來(lái)壓的表現(xiàn)為：來(lái)壓時(shí)頂板慢慢發(fā)生漏頂現(xiàn)象，如若漏頂并未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，割煤機(jī)割一刀煤后拉架，液壓支架易沖天，回采期間應(yīng)該重點(diǎn)防范，工作面作業(yè)人員必須經(jīng)常觀察頂板情況，發(fā)現(xiàn)頂板漏頂及時(shí)超前拉架，與此同時(shí)，拉架時(shí)必須認(rèn)真觀察頂板是否平整，確定平整后才可拉架，避免由拉架引起的頂板不平整。

3 超前支承壓力監(jiān)測(cè)

3.1 超前支承壓力監(jiān)測(cè)站的布置

在12117回風(fēng)巷以及運(yùn)輸巷內(nèi)距工作面60 m處分別布置第一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)主要布置在巷道煤幫的中部位置，標(biāo)記為1號(hào)監(jiān)測(cè)站，然后每隔10 m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)站，在每個(gè)測(cè)站處的下幫煤壁上，垂直于煤壁打設(shè)鉆孔，共計(jì)布置九個(gè)監(jiān)測(cè)站。特別要注意的是工作面采用了KSE-II-I型鉆孔應(yīng)力計(jì)，分為5 m應(yīng)力計(jì)、6 m應(yīng)力計(jì)、7 m應(yīng)力計(jì)三種型號(hào)[4]。工作面設(shè)計(jì)1號(hào)監(jiān)測(cè)站布置在距離工作面60 m處，1號(hào)、4號(hào)、7號(hào)監(jiān)測(cè)站采用孔深5.0 m應(yīng)力計(jì)；2號(hào)、5號(hào)、8號(hào)監(jiān)測(cè)站采用孔深6.0 m應(yīng)力計(jì)；3號(hào)、6號(hào)、9號(hào)監(jiān)測(cè)站采用孔深7.0 m應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力計(jì)初始值設(shè)為6 MPa[5]。

3.2 超前支承壓力分布規(guī)律

1）12117回風(fēng)巷超前支承壓力。將設(shè)置于工作面回風(fēng)巷的監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)收集整理后繪制成超前支護(hù)段煤壁壓力載荷測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)特征曲線，如圖5所示。從曲線圖中可以看出，12117回風(fēng)巷距離工作面上端頭較遠(yuǎn)處的煤幫受到壓力較小，但在工作面前方80 m范圍內(nèi)應(yīng)力變化較為劇烈，在距工作面4 m以外（指向巷道方向），距離工作面越近煤幫的破壞程度越大，受到的壓力也越大[6]。在大采高工作面上端頭超前支護(hù)段的煤幫較為松散破碎，受工作面回采影響，在工作面前方4～90 m范圍內(nèi)，大部分煤幫的底角會(huì)發(fā)生片幫現(xiàn)象，導(dǎo)致煤幫處的一部分水平應(yīng)力被釋放，在頂板壓力較大的情況下，工作面主要采用π型鋼梁進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)效果良好，頂板的壓力部分作用于π型鋼梁?jiǎn)误w液壓支柱上，在一定程度上緩解了兩幫的側(cè)壓力，從而使得工作面上端頭超前支護(hù)段煤幫中部整體水平應(yīng)力值較小[7]。

圖5 超前支護(hù)段煤壁壓力載荷測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)特征

圖6 鉆孔應(yīng)力與推進(jìn)距離關(guān)系

2）12117運(yùn)輸巷超前支承壓力。12117運(yùn)輸巷超前支護(hù)段受工作面采動(dòng)影響，巷道下幫的煤壁整體載荷并不是很大，數(shù)值都在6～10 MPa范圍內(nèi)。將設(shè)置于工作面運(yùn)輸巷的監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)收集整理后繪制成鉆孔應(yīng)力與推進(jìn)距離關(guān)系曲線，如圖6所示。在工作面安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)后，隨工作面回采鉆孔應(yīng)力計(jì)很快就出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，這是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)站周圍的煤巖體受力開(kāi)始變形破壞、松動(dòng)泄壓，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力下降，鉆孔進(jìn)一步受力變形后，變形壓力逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，鉆孔內(nèi)的壓應(yīng)力總體呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢(shì)。

4 結(jié)論

大采高相較于普采具有一定優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)槠洳筛叽?，效率高造成“支?圍巖”穩(wěn)定性差、事故率高以及地表沉陷嚴(yán)重等問(wèn)題嚴(yán)重制約了大采高工作面安全高效開(kāi)采。采場(chǎng)超前支承壓力必然會(huì)導(dǎo)致煤巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，從而影響開(kāi)采煤層穩(wěn)定性，頂?shù)装迤茐囊约爸С袎毫ψ饔梅秶鷥?nèi)的煤巖體力學(xué)性質(zhì)等。工作面前方煤體在支承壓力的作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞、畸變，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致回采工作面冒頂、片幫、底臌以及沖擊地壓等地質(zhì)災(zāi)害。對(duì)大采高工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律等的研究不能墨守成規(guī)，必須具體問(wèn)題具體研究，結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行定性分析，從而能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件高產(chǎn)高效的要求，同時(shí)也具有重要的經(jīng)濟(jì)意義以及社會(huì)意義。