坚硬顶板弱化条件下矿压显现规律研究

李鹏

【摘 要】 本文主要通过在8315综采工作面中液压支架布置压力传感器对石灰岩坚硬顶板预裂弱化处理后的顶板矿压显现规律进行观测，并采用动压系数作为判断顶板来压强弱的指标，主要得到如下结论：上覆石灰岩坚硬顶板预裂处理后，直接顶岩层的初次垮落会伴随着不同程度的煤壁片帮现象的发生，石灰岩坚硬顶板弱化处理后的初次来压和周期来压步距分别为18 m和13.1 m，平均动载系数分别为1.74和1.72。

【关键词】 坚硬顶板;预裂弱化;矿压显现

【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2019）05-0001-02

由于煤层赋存条件不同，煤层上覆直接顶岩层也会呈现出不同的岩性特征。当坚硬顶板的悬露面积达到极限时，采空区后部的坚硬顶板就会出现集中垮落，进而产生一系列的煤矿动压现象，造成工作面生产设备和工作人员的大量损伤和伤亡事故。

1矿井概况

山西某矿8315工作面主采3#煤层，煤层平均厚度2.85m，平均倾角约为6°，采用综合机械化开采煤方法进行回采，综采工作面沿煤层走向布置，采用全部垮落法对已采工作面采空区的坚硬顶板进行管理。煤层上覆直接顶岩层为厚度为5.65m的石灰岩坚硬顶板，石灰岩坚硬顶板赋存比较稳定，局部伴有厚度为0.2m的薄煤层，是8315工作面顶板岩层赋存特征的主要标志。工作面基本顶岩层为细粒砂岩与粉砂岩交互层，其中含不稳定、厚度约为0.15m的薄煤层，平均厚度约为5m。3#煤层底板岩层为炭质泥岩，呈黑灰色，平均厚度约为5m，8315综采工作面煤层赋存柱状图如图1所示。

2观测方法及测点布置

8315综采工作面为该矿主采工作面，为探究在综采工作面切眼内部顶板预裂对顶板岩层矿压显现规律的影响，即反映顶板预裂后的处理效果是否理想，为此在该综采工作面的10架液压支架立柱上安装10台压力传感器，分别安装在10#、20#、30#、40#、50#、60#、70#、80#、90#和100#液压支架立柱上。壓力传感器均布置在综采工作面液压支架前柱上。压力传感器的观测数据会自动采集并上传至地面调度室，并将观测结果及时进行统计和分析。

3观测结果

在综采工作面回采过程中，工作面内部液压支架受到的工作阻力数值是一个动态变化的数值，在顶板来压前后，综采工作面中液压支架立柱上的工作阻力将会发生明显变化。

3.1顶板初次来压

由观测结果可知，8315综采工作面石灰岩坚硬顶板的初次来压在整个综采工作面长度范围内的分布存在差异，即综采工作面中部石灰岩坚硬顶板的初次来压步距较大。石灰岩坚硬顶板的初次来压步距约为18m，初次来压步距的影响周期约为15h。当综采工作面推进到17.5m左右时，综采工作面中液压支架受到的工作阻力明显增加，石灰岩坚硬顶板内部还会出现明显“咔嚓”的声音。当综采工作面推进至18m时，石灰岩坚硬顶板内部出现“咔嚓”的声音更加明显，综采工作面中液压支架基本全部达到工作阻力。当综采工作面推进至22m时，石灰岩坚硬顶板内部“咔嚓”的声音显著降低，至此，可以认为综采工作面初次来压基本完成。在石灰岩坚硬顶板的初次来压过程中，在综采工作面推进到18m时，支架立柱的动载系数的平均值约为1.74，各观测点上动载系数值如图2所示。同时基于现场实际情况，当石灰岩坚硬顶板发生初次来压时，综采工作面前放煤壁会出现不同程度的煤壁片帮现象，煤壁片帮现象大致出现33#液压支架与88#液压支架之间，煤壁片帮的深度为0.1m～0.48m。

3.2顶板周期来压

8315综采工作面在石灰岩坚硬顶板发生初次来压之后，通过监测数据，整理了3次工作面上覆石灰岩坚硬顶板周期来压过程中的平均动载系数，观测结果如图3所示。

工作面周期来压影响范围与平均周期来压步距如图4所示。

由图3和图4可知：

（1）8315综采工作面上部上覆石灰岩坚硬顶板岩层的平均周期来压步距约为10.9m;8315综采工作面中部上覆石灰岩坚硬顶板岩层的平均周期来压步距约为13.2m;8315综采工作面下部上覆石灰岩坚硬顶板岩层的平均周期来压步距约为12.3m。

（2）通过整理统计可知，8315综放工作面顶板周期来压过程中，工作面上部、中部和下部的液压支架立柱的平均动载系数分别为1.69、1.74和1.71。

（3）8315综放工作面顶板周期来压过程中，周期来压对工作面上部、中部和下部的影响范围分别为1.6、1.9和1.8。

（4）通过上述分析可知，8315综采工作面整个范围内上覆石灰岩坚硬顶岩层的周期来压步距约为12.5m～13.7m，平均周期来压步距约为13.1m，影响范围约为1.78m，支架立柱的平均动载系数约为1.72。

4结论

本文通过采用在8315综采工作面内的10架液压支架上布置压力传感器，对8315综采工作面切眼内对石灰岩坚硬顶板预裂弱化处理后的顶板矿压显现规律进行观测，并采用动压系数作为判断顶板来压强弱的指标，主要得到如下结论：8315综采工作面上覆石灰岩坚硬顶板处理后，直接顶岩层的初次垮落会伴随着不同程度的煤壁片帮现象的发生;整个工作面的初次来压和周期来压步距分别约为18m和13.1m;平均动载系数分别约为1.74和1.72。

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