淺析固定支承壓力影響區內回采的礦壓顯現及頂板管理

近距離煤層群采用走向長壁下行垮落法回采時，通常下組煤層的停采線都確定在上組煤層采後形成的固定支承壓力影響區（見圖1）以外，這樣將勢必導致自上而下隨著支承壓力影響區範圍的擴大，煤柱越留越寬，一定程度上減少了工作麵的可采走向長度，降低了資源回收率。如果采取一定的措施，使停采線的確定不受固定支承壓力影響的約束，在一定的層間距下，安全合理的采出固定支承壓力影響區內的煤炭資源，可以有效的增加工作麵的可采儲量，緩解采掘銜接，提高經濟效益。現以高陽煤礦4306工作麵為例對固定支承壓力影響區內回采的礦壓顯現及頂板管理作一淺析。



圖1支承壓力影響下底板岩層中的應力分布

1開采技術條件及經濟價值

高陽煤礦4306工作麵開采山西組3^#煤層（見圖2），煤層傾角3°～8°，平均5°，上距1^#、2^#煤層合並層層間距為6.7m，1^#、2^#煤層合並層厚4.1m，3^#煤層厚度1.9m，3^#煤層直接頂為厚6.7m的泥岩，基本項為8.0m的中砂岩（采後垮落），直接底為1.35m厚粉砂岩。1^#、2^#煤層合並層分別於1989年、1993年與408工作麵對拉回采結束，其中1^#、2^#煤層合並層上分層采高2.0m，停采線距四采軌道55m，下分層采高2.1m，停采線距四采軌道90m。4306工作麵為高檔普采，單體液壓支柱與金屬π梁錯距式支護，梁距375mm，交錯距600mm，一梁二柱支設，柱距750mm，排距600mm，最大控頂距3.9m，最小控頂距3.3m。根據上、下分層采後形成的固定支承壓力影響範圍，設計3^#煤層停采線距四采軌道110m。



圖2巷道布置平麵圖

實際回采時，在3^#煤層回采推進到設計停采線時，為保證全礦的均衡生產及提高資源回收率，經過03manbetx ，未按設計停采，采取了針對性的加強支護措施，繼續推進，一直穿過1^#、2^#煤層合並層的上下分層停采線，克服了支承壓力的影響，當月月產1.8萬t，最後實際停采線距四采軌道50m，共延長了工作麵的可采走向長度60m，采出了支承壓力影響區內2萬t的煤炭資源，創造經濟價值200餘萬元，利潤150餘萬元。

2支承壓力影響區回采時的礦壓顯現

從3^#煤層推進到距2^#煤下分層停采線8m時，頂板壓力逐步增強，直接頂裂隙發育，端麵破碎度加大，頂板下沉速度加快，頂底板移近量加大，個別支柱出現鑽底。在3^#煤層推進到2^#下分層停采線位置時，頂板出現明顯的平行於工作麵的裂隙。在工作麵采煤機組割煤後，煤壁有時突然發生台階下沉，下沉量達300mm，支柱鑽底量加大，繼續推進過2^#煤下分層停采線5m後，壓力進一步增強，個別支柱安全閥開啟，煤壁片幫嚴重，機道上方時有拉槽及小麵積的漏頂發生，推進8個循環（5m）後頂板開始好轉，隨著回采的繼續推進並逐漸遠離2^#煤下分層停采線，礦壓活動減弱，再推進到2^#上分層停采線時，二次重複上述礦壓顯現特征，但相對影響減弱如圖3。



圖3礦壓顯現圖

3頂板加強管理措施

支承壓力影響區內強烈的礦壓顯現特征，類同於工作麵周期來壓，在頂板管理上采取了針對措施，從技術管理上堅持礦壓觀測03manbetx 預報，指導生產，在支護上加大工作麵支護密度，頂板改鋪金屬小格網，在煤幫增加貼幫點柱，點柱間距1000mm，縮小控頂距為2700mm，工作麵基本支架改為齊梁直線柱（見圖4），調斜工作麵使其與頂板裂隙成一定角度，在穿過上、下分層停采線時，工作麵逐段通過，減小應力峰值影響範圍；同時提高泵站壓力，保證支柱初撐力達01manbetx 要求。



圖4齊梁直線柱支架布置平麵圖

4理論03manbetx

集中力P作用在半無限體的平麵上，對平麵下方任一點M將發生影響，根據彈性理論得出在距平麵體垂深Z，水平距離r處產生的垂直應力為：



上式是在集中力P作用下形成的應力分布情況，由此可得應力在岩體內的傳遞規律。如果將煤層開采理想化，岩體視為均質彈性體，對煤柱和煤體下方底板岩層的應力分布也可依據此規律做定性03manbetx （見圖5）。



圖5支承壓力在底板中傳播規律示意圖

煤層開采後引起應力重新分布形成支承壓力，一般以高於原岩應力的5％作為支承壓力區分界處，在采後隨著時間的推移，支承壓力由不穩定狀態逐漸變為穩定的殘餘支承壓力，峰值逐漸降低，影響範圍不斷擴大，支承壓力向底板方向傳播形成類似卵形的壓力泡（如圖1），一般在上層煤采後的煤柱下方一側為增壓區，而在采空區一側為減壓區。多煤層開采時，岩層內的等壓力線較複雜。

顯然，在停采線下方，正處於支承壓力傳遞的應力增高區內，礦壓顯現強烈，支承壓力向底板方向傳播，不僅與相對上層煤的停采線水平距離有關，還與上層煤的垂直距離有關，垂距越大，影響越小。在煤層層間距一定的情況下支承壓力在底板岩層中的水平影響範圍可用下式確定（見圖6）：



圖6支承壓力影響範圍確定



α——煤層傾角；

θ——煤層影響角角的餘角＝90°-β；

β——煤體影響角，其值可變化在25°～55°之間，通常支承壓力越大及煤柱尺寸越小，影響角越大；

S——支承壓力邊界距上分層停采線的水平距離；

Z——回采煤層距上組煤垂直距離；

由於固定支承壓力影響區內剪應力（重載應力）的增強，極易破壞上方裂體梁平衡結構，導致工作麵頂板沿煤壁切落發生台階下沉，因而要求工作麵支架支護強度要提高，保證有足夠的初撐力。

5結語

回采固定支承壓力影響區內的煤炭資源時，支承壓力的影響範圍及強弱與采深、煤層層間距、煤柱尺寸、頂底板岩性、上下煤層回采間隔時間、采高、煤層傾角等多種綜合因素有關，在支承壓力影響區內回采時礦壓特征類同於工作麵周期來壓，在一定條件下，通過充分的分析論證，采取一定的加強支護措施，有效控製頂板，回采是安全可行的，能夠提高工作麵可采儲量，緩解采掘銜接，提高經濟效益，具有一定的經濟價值。