西曲矿综采工作面蹬空开采矿压显现规律实测研究

王国威

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿，山西 太原 030200）

为了提高煤炭回收率和缓解采掘接替，西曲矿布置了12317蹬空开采工作面，该工作面下伏28107工作面采空区，上蹬空开采区域走向长度为140m。开采实践认为，下部煤层的开采会导致蹬空开采的煤层原岩应力平衡遭到破坏，煤层和围岩出现变形和破坏，工作面矿压显现特点必将出现新的变化[1-4]。因此，为了掌握12317工作面蹬空区域矿压显现特点和积累蹬空开采经验，西曲矿在12317工作面蹬空开采区域进行了矿压显现规律实测研究。

1 工作面概况

12317工作面位于南三盘区南部，东部10m为2.3#煤空巷，东部为22103工作面采空区，北部为2.3#煤空巷和22104工作面采空区，西部为12307工作面采空区，南部为22102工作面采空区，工作面局部下伏28107蹬空区，2.3#煤与8#煤层间距约65～70m。各工作面均留设保护煤柱，工作面周边无小窑。12317工作面所采煤层为2.3煤层，煤层均厚4.0m，倾角平均为3°，可采指数为1，属于稳定可采厚煤层工作面。工作面设计走向长度和倾斜长度分别为353m和131m，老顶为均厚4.6m的泥岩—粉砂岩，直接顶为均厚1.2m的深灰色泥岩，直接底为均厚3.2m的灰色砂岩，老底为均厚2.9m的深灰色粉砂岩。工作面距开切眼163m处下伏2006年已回采完毕的8#煤层28107工作面采空区，沿推进方向上蹬空开采区域长度为140m，预计该蹬空区域煤层和围岩不稳定，裂隙发育。工作面共布置两条巷道，分别用于进风运煤和回风运料，两巷均采用“锚网索钢带”联合支护，采场布置92台ZZ5200-1.95/4.2型液压支架，支架额定工作阻力和初撑力分别为5200kN和4368kN。

2 矿压观测方案

为了掌握12317工作面蹬空开采期间顶板来压特点、超前支承压力变化规律等，制定了该工作面矿压显现规律实测方案：（1）沿工作面倾斜方向布置5条测线，测线分别对应10#、36#、54#、72#和82#支架，在所对应的支架上安装由山东尤洛卡公司生产的KJ29系列顶板动态监测仪，该监测仪可以实时对支架工作阻力变化进行监测和记录，并可通过数据采集器对监测仪记录的数据进行采集；（2）在蹬空区域和非蹬空区域工作面回风巷采用YZ-30型锚杆液压枕用以观测工作面超前支承压力变化情况，要求测量段长度不低于100m。

3 矿压观测结果分析

3.1 采场矿压显现规律分析

顶板监测仪记录的数据经采集和统计分析可知，12317工作面在未进入蹬空开采区域和进入蹬空开采区域，工作面所测支架末阻力均呈现出两端小中间大的近似正态分布，在未进入和进入蹬空区域时，支架工作阻力都是主要分别在3500～4500kN范围内，分别占统计数的86%和82%。观测期间，工作面来压参数见表1所示。由表1可知：（1）在未进入蹬空区域前，支架来压期间和非来压期间平均工作阻力分别为4651kN和4078kN，分别为额定工作阻力的89.4%和78.4%；（2）在未进蹬空区域前，支架来压期间来压步距为9.6～12.5m，平均为10.5m，动载系数为1.3～1.5，平均为1.42；（3）在进入蹬空区域后，支架来压期间和非来压期间平均工作阻力分别为4478kN和3782kN，分别为额定共阻力的86.1%和72.7%，相比于未进入蹬空区域，来压期间和非来压期间平均工作阻力分别降低了173kN和296kN，即为非蹬空区域平均工作阻力的96.2%和92.7%；（4）在进入蹬空区域后，工作面来压步距为7.2～9.4m，平均为8.1m，动载系数为1.2～1.4，平均为1.27，相比于未进入蹬空区域，来压步距平均减少了3.4m，动载系数降低了0.15；（5）蹬空开采和非蹬空开采期间，所测支架初撑力基本相同，分别为1786kN和1792kN，说明初撑力普遍较低，分析认为主要是支架工升架时间偏短，未达到额定初撑力即停止升架造成。由此可知，12317工作面蹬空开采时相比于非蹬空开采，来压和非来压期间支架平均工作阻力、来压步距和动载系数均有降低趋势，蹬空开采期间矿压显现并不剧烈。

表1 12317工作面来压参数

3.2 超前支承压力分析

在工作面正常回采期间，超前支承压力是造成采面一定范围内回采巷道出现变形破坏的主要因素，掌握超前支承压力变化规律是选择合理支护手段的重要依据。为了掌握蹬空开采期间工作面超前支承压力变化特点，在蹬空区域和非蹬空区域采用YZ-30型锚杆液压枕用以观测工作面超前支承压力变化，具体见图1所示。由图1可知：在非蹬空区域，超前支承压力影响范围为工作面前方20m，剧烈影响范围在工作面前方15m，峰值点在工作面前方6～9m；在蹬空区域，超前支承压力影响范围为工作面前方17m，剧烈影响范围在工作面前方15m，峰值在工作面前方10～12m；在蹬空区域，锚杆液压枕读数最高为48MPa，非蹬空区域，液压枕读数最高为51MPa。由此可知，蹬空开采期间相比于非蹬空开采期间，工作面超前支承压力影响范围较小，但是峰值位置相对较远，且支承压力相对较小。

图1 12317工作面回风巷超前支承压力变化曲线

3.3 其他宏观观测

12317工作面在非蹬空区域回采时，所测支架活柱下缩量为0～85mm，平均为10.6mm，其中活柱下缩量在0～15mm范围内约占统计数的82.6%；在工作面进入蹬空区域后，所测支架活柱下缩量为0～79mm，平均为6.4mm，其中活柱下缩量在0～10mm范围内约占统计数的84.1%；由此可知，在工作面进入蹬空区域后，支架活柱下缩量相比于非蹬空区域更小，与前面所测蹬空区域支架平均工作阻力低于非蹬空区域相符。在12317工作面在非蹬空区域开采时，煤壁片帮率约为6.4%，其中在来压时煤壁片帮明显增加，片帮率约为11.2%；在蹬空开采时，煤壁片帮率为6.1%，来压时片帮率为10.9%，即相比于非蹬空开采，蹬空开采时煤壁片帮率稍有降低，与蹬空开采来压特点相符。总的来说，12317工作面蹬空开采期间，支架活柱下缩量和煤壁片帮率较低，有利于保障工作面安全生产和提高回采效率。

4 结语

通过对12317工作面蹬空开采矿压显现规律实测研究可知：（1）蹬空开采时相比于非蹬空开采，来压和非来压期间支架平均工作阻力、来压步距和动载系数均有降低趋势，蹬空开采期间矿压显现并不剧烈；（2）蹬空开采时相比于非蹬空开采，工作面超前支承压力影响范围相对较小，支架活柱下缩量和煤壁片帮率较低。另外，为了控制采场围岩，应主动提高支架初撑力，确保支架能给予顶板有效主动支撑。通过掌握12317蹬空工作面矿压显现特点，为指导该工作面安全回采提供了数据基础，也为西曲矿其他蹬空工作面设备选型、巷道支护、安全回采等积累了经验。