趙 凱

(山西汾西礦業(yè)集團設計院，山西 介休 032000)

引 言

關(guān)于工作面推進速度對工作面礦山壓力顯現(xiàn)的影響規(guī)律，常規(guī)情況下認為，適當加快工作面推進速度，有利于減緩工作面的礦山壓力顯現(xiàn)，尤其是對于減輕工作面來壓期間的壓力強度，有較為明顯的影響，還可以增加工作面的產(chǎn)量，而通過加快推進速度來減輕礦壓顯現(xiàn)的方法，俗稱“甩壓力”[1-3]。本文在前人研究成果的基礎上，針對特殊地質(zhì)生產(chǎn)條件，研究工作面推進速度對上覆巖層活動規(guī)律及礦山壓力顯現(xiàn)的影響，從而對工作面的合理推采速度提供指導。

1 推進速度對覆巖活動規(guī)律影響

通過大量文獻查閱分析及總結(jié)，工作面推進速度對覆巖活動規(guī)律的影響的研究成果主要有[4-6]：根據(jù)覆巖活動動態(tài)關(guān)系公式，工作面推進速度加快，會導致覆巖擾動范圍增大，導致工作面周期來壓持續(xù)性增強，來壓步距增大，但來壓強度有所降低，這是由于快速推進使工作面直接頂垮落不充分，從而導致老頂及關(guān)鍵層的活動范圍增大，回轉(zhuǎn)變形及穩(wěn)定時間延長，因此，在特定時間內(nèi)，頂板下沉量觀測值會減小，但隨著觀測時間延長，總的頂板下沉量區(qū)域一致。在開采厚度較小或賦存深度較淺的煤層時，加快推進速度對控制礦壓及減緩覆巖及表土沉降有利；而對于開采厚度較大或賦存深度較大的煤層時，反而是降低工作面推進速度較為有利。同時，加快推進速度，有利于減小巷道累計變形量，有利于巷道穩(wěn)定維護，但應注意防止巖爆或煤爆災害。因此，可通過調(diào)整工作面的推進速度，來調(diào)整工作面的來壓步距和來壓時間，可以在工作面過斷層等地質(zhì)構(gòu)造時避免同時來壓，有利于圍巖維護。

2 基于相似實驗的推進速度模擬分析

在研究過程中，采用了相似模擬工具及數(shù)值模擬工具。相似模擬是基于相似理論，通過比例關(guān)系及模型構(gòu)建的方式進行模擬研究，通過模擬結(jié)果再與現(xiàn)實情況進行關(guān)聯(lián)，從而較為方便地得到相應的研究成果。基于某礦工作面所采1#煤層1101工作面的具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，平均煤層埋藏深度118 m，煤層平均厚度5.5 m，煤層傾角約1°～5°，為近水平煤層，直接頂為約4 m的炭質(zhì)泥巖，基本頂為約7 m的細砂巖，單軸抗壓強度分別為22.5 MPa及44.5 MPa。按照1∶80的幾何相似比、17∶25的容重相似比、1∶10的時間相似比、1∶100的應力相似比進行模擬實驗，模型制作及實驗過程不再贅述。

根據(jù)相似模擬結(jié)果顯示，工作面基本頂初次垮落即初次來壓的開挖距離在36 m處，初次來壓之后，之后的基本頂周期性垮落即周期來壓。按照5 m/天的推進速度，實驗過程中共出現(xiàn)了3次周期來壓，平均步距為8 m；按照10 m/d的推進速度，實驗過程中共出現(xiàn)了4次周期來壓，平均步距為14 m。來壓步距的統(tǒng)計結(jié)果顯示，加快工作面推進速度會使工作面初次來壓步距增大。

在實驗過程中設置位移觀測點對工作面頂板下沉量進行觀測，按照5 m/d的推進速度，位于直接頂內(nèi)測點的位移量為3.5 m～4.5 m，位于基本頂內(nèi)測點的位移量為3.1 m～4.0 m；按照10 m/天的推進速度，位于直接頂內(nèi)測點的位移量為2.8 m～4.1 m，位于基本頂內(nèi)測點的位移量為2.5 m～3.7 m。在特定的觀測時間內(nèi)，加快推進速度使頂板下沉量有所減少，這是由于基本頂回轉(zhuǎn)變形的時間延長，但將觀測時間延長，則頂板下沉量的差異化會逐漸減小。

在實驗過程中設置應力觀測點對工作面前方支承應力進行觀測，統(tǒng)計數(shù)據(jù)并分析，工作面的推進快慢影響到了工作面超前支承壓力峰值大小、峰值位置及增大范圍，隨著推進速度的增大，支承壓力峰值有所增大，且向工作面遠側(cè)方向移動，且支承壓力影響范圍有增大趨勢。

3 工程實踐及礦壓觀測

在1101工作面展開推進速度調(diào)整的工程實踐及礦壓觀測。為便于展開礦壓觀測，在工作面上、中、下部布置6條測線，其中1#測線(5#架)、2#測線(15#架)為上部，3#測線(45#架)、4#測線(55#架)為中部，5#測線(85#架)、6#測線(95#架)為下部。在每條測線處的液壓支架處安裝工作載荷監(jiān)測記錄儀，以對工作面頂板的實時載荷進行監(jiān)測和記錄，便于統(tǒng)計分析。

觀測結(jié)果顯示：在60 d的試驗及統(tǒng)計期內(nèi)，通過調(diào)整工作面推進速度，當推進速度為每天5 m時，周期來壓統(tǒng)計平均值為7.5 m，而推進速度增大到每天10 m時，周期來壓步距統(tǒng)計平均值增至18.1 m，周期來壓步距值增幅明顯；加快推進速度后，周期來壓的持續(xù)距離由3.5 m增至4.6 m，增大了1.3倍，來壓影響時間有所延長；而比較測線處統(tǒng)計的支架載荷，推進速度加快后的34.5 MPa(平均值)要比慢速推進時的40 MPa(平均值)有所減小，說明支架承受載荷有所減弱。

4 結(jié)語

根據(jù)文獻檢索、相似模擬實驗、現(xiàn)場礦壓實測可進行總結(jié)分析，工作面的推進速度對諸如周期來壓步距、頂板下沉量、支架載荷等礦壓顯現(xiàn)參數(shù)有一定影響。周期來壓步距及來壓影響距離的增大是由于基本頂回轉(zhuǎn)變形的減緩所致，而支架載荷的減弱則是由于超前支承壓力峰值前移所致。在現(xiàn)場礦壓管理工作中，應根據(jù)具體地質(zhì)條件、斷層構(gòu)造、生產(chǎn)計劃、勞動組織來合理調(diào)整推進速度，使其更好地適應現(xiàn)場地質(zhì)生產(chǎn)條件。