1. 永定莊煤礦多層采空區(qū)下開采地質條件

永定莊煤礦15^#層在工作面東部未采，南部為8916回采工作面（正采），西部為309^-2巷，北部未采。12^#、13^#層于19世紀50年代已經開采完畢，14^#層于19世紀70年代回采完畢并關閉該區(qū)，其下部的15^#層煤層厚度2.2～4.6m，煤層傾角1~2°。距14^#層間距為13~15m，相對關系見圖1所示。

2. 多采空區(qū)下覆巖運動和破壞規(guī)律現(xiàn)場研究

工作面支架壓力觀測采用KBJ60III型煤礦在線連續(xù)頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該綜放工作面長150m，沿工作面布置10個壓力分機，分別布置在5^#、15^#、25^#、35^#、45^#、55^#、65^#、75^#、85^#、95^#支架。每個分機可監(jiān)測支架前后柱的工作壓力。10個壓力分機連線組成監(jiān)測分站，通過光纖將數據傳到地面接收主機，后接計算機進行數據處理。

通過獲取的綜采工作面礦壓實時變化數據，研究工作面來壓狀況，支架阻力狀況及支架工作狀況，測定液壓支架有關參數，分析支架與圍巖的相互關系，評價支架對工作面頂板條件的適應性，為以后工作面液壓支架的選型提供決策依據。

2.1工作面液壓支架主要技術參數

工作面裝備102架ZZS6000/1.73.7型支撐掩護式液壓支架。支架額定初撐力5105KN，額定工作阻力6000KN，主要技術參數見表1。

圖1 永定莊煤礦14＃、15＃煤層柱狀圖

 

表1 綜采液壓支架主要技術參數

2.2工作面支架工作阻力

實測10組液壓支架工作阻力最大值見表2，圖2為支架工作阻力綜合分布直方圖。圖表中P₀為支架初撐力，Pm為支架工作最大阻力、Pt為支架時間加權平均阻力。

表2 支架工作阻力

工作阻力	初撐力		最大工作阻力		時間加權平均阻力
	P0 （KN/支架）	比額定值 （%）	Pm （KN/支架）	比額定值 （%）	Pm （KN/支架）	比額定值 （%）
平均值	3994	78.24	4502	75.03	4243	70.72
最大值	5120	>100	6000	100	5385	89.75

從圖表數據分析，初撐力平均值3994KN，為額定值的78.24%，分布在3800~4700KN之間的占69.9%，最大值5120KN；最大工作阻力平均值4502KN，為額定值的75.03%，分布在3800~5000之間的占70.6%，最大值6000KN，時間加權平均阻力平均值4243KN，為額定值的70.72%，分布在3800~4700之間的占70.5%，最大值5385KN，相當于額定阻力的94.76%。

圖2 液壓支架工作阻力綜合分布圖

因液壓支架瞬間作用，支架初撐力、最大工作阻力有短時達到或超過額定值。但支架工作阻力總體符合正太分布，支架工作狀態(tài)合理，初撐力滿足了支架及時護頂需要，支架負荷飽滿，支架阻力得到了充分發(fā)揮。

2.3工作面來壓步距及強度

通過對支架工作阻力觀測結果整理出的工作面周期來壓步距及強度見表3。

 

表3 支架周期來壓步距及增載系數

 

分析和整理大量觀測數據，永定莊煤礦15^#煤層開采8914工作面初次來壓步距31m，周期來壓步距為17m，來壓時支架加權工作阻力的平均值為4243KN，增載系數為1.09~1.21，頂板來壓強度較大，工作面礦壓顯現(xiàn)強烈。

3 多層采空區(qū)下8914工作面巷道觀測

永定莊煤礦多層采空區(qū)下回采工作面、上下順槽安裝監(jiān)測和量測測站，測站布置位置見圖3所示。

圖3永定莊煤礦多層采空區(qū)下回采工作面測站布置圖

8914工作面回采巷道圍巖觀測包括圍巖表面位移，絕對位移和相對位移。巷道表面位移觀測包括頂板下沉位移、兩幫相對移近位移、底鼓位移及頂底板相對移近位移，見圖5所示。表面位移采用帶有mm刻度的米尺。

 

圖4 試驗巷道收斂位移觀測

 

掘進期間15#上順槽巷道礦壓觀測整理曲線見圖5所示，回采期間15#上順槽礦壓觀測曲線見圖6所示。

 

圖 5 永定莊煤礦多采空區(qū)下15^#煤層上順槽掘進期間圍巖變形曲線

 

由曲線圖5可以看出，在上順槽開開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10天累計變形量為39.8mm，占掘進期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2mm/d。掘進期間，煤層巷道圍巖變形中，頂板和底板圍巖變形量明顯高于兩幫變形量，頂板巖層變形明顯高于底板巖層變形。在順槽掘進過程中，頂板形成的穩(wěn)定結構塊體發(fā)生了轉動產生了運動，導致頂板巖層變形較大。由回采圍巖變形曲線可以看出，在回采期間，巷道圍巖變形較為一致，在通過上覆煤柱時，變形急劇加大。表明在回采過程中，上覆巖層結構發(fā)生破壞，上覆巖層發(fā)生了較大的下沉，使得順槽圍巖同時發(fā)生了較大的位移。

 

圖6永定莊煤礦多采空區(qū)下15#煤層上順槽回采期間圍巖變形曲線

 

4．結論

(1)永定莊煤礦15^#煤層開采時，分析和整理大量觀測數據，永定莊煤礦15^#煤層開采8914工作面初次來壓步距31m，周期來壓步距為17m，來壓時支架加權工作阻力的平均值為4243KN，增載系數為1.09~1.21，頂板來壓強度較大，工作面礦壓顯現(xiàn)強烈。

(2)永定莊煤礦15^#煤層開采時上順槽掘進期間開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10天累計變形量為39.8mm，占掘進期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2mm/d。掘進期間，下位煤層巷道圍巖變形中，頂板和底板圍巖變形量明顯高于兩幫變形量，頂板巖層變形明顯高于底板巖層變形。

(3)回采期間，巷道圍巖變形較為一致，在通過上覆煤柱時，變形急劇加大。表明在回采過程中，上覆巖層結構發(fā)生破壞，上覆巖層發(fā)生了較大的下沉，使得順槽圍巖同時發(fā)生了較大的位移。

 

 

參考文獻：

 

［1］譚云亮，《礦山壓力與巖層控制》  煤炭工業(yè)出版社  2010年7月  第80~130頁   地址：北京市朝陽區(qū)芍藥居35號

［2］劉飛  馬華  丁言露，《礦山壓力及巖層控制原理》 《煤礦現(xiàn)代化》

2011年01期第98~100頁

 

 

作者簡介：張春山，1965.12出生，男，漢族，山西大同人，工程師，主要從事煤礦技術管理和研究，現(xiàn)任同煤集團永定莊煤業(yè)有限責任公司總工程師。

 

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