浅析固定支承压力影响区内回采的矿压显现及顶板管理

1、浅析固定支承压力影响区内回采的矿压显现及顶板管理近距离煤层群采用走向长壁下行垮落法回采时，通常下组煤层的停采线都确定在上组煤层采后形成的固定支承压力影响区 （见图 1）以外，这样将势必导致自上而下随着支承压力影响区范围的扩大，煤柱越留越宽，一定程度上减少了工作面的可采走向长度，降低了资源回收率。如果采取一定的措施，使停采线的确定不受固定支承压力影响的约束，在一定的层间距下，安全合理的采出固定支承压力影响区内的煤炭资源，可以有效的增加工作面的可采储量，缓解采掘衔接，提高经济效益。现以高阳煤矿 4306 工作面为例对固定支承压力影响区内回采的矿压显现及顶板管理作一浅析。图 1 支承压力影响下底板岩

2、层中的应力分布1开采技术条件及经济价值高阳煤矿 4306 工作面开采山西组 3#煤层（见图 2），煤层倾角3° 8°，平均 5°，上距 1#、2#煤层合并层层间距为 6.7m，1#、2#煤层合并层厚 4.1m，3#煤层厚度 1.9m，3#煤层直接顶为厚 6.7m 的泥岩，基本项为8.0m 的中砂岩（采后垮落），直接底为1.35m 厚粉砂岩。 1#、2#煤层合并层分别于1989 年、 1993 年与 408 工作面对拉回采结束，其中1#、2#煤层合并层上分层采高2.0m，停采线距四采轨道 55m，下分层采高 2.1m，停采线距四采轨道90m。4306 工作面为高档普

3、采，单体液压支柱与金属 梁错距式支护，梁距375mm，交错距 600mm，一梁二柱支设，柱距750mm，排距 600mm，最大控顶距3.9m，最小控顶距 3.3m。根据上、下分层采后形成的固定支承压力影响范围，设计3#煤层停采线距四采轨道110m。图 2 巷道布置平面图实际回采时，在3#煤层回采推进到设计停采线时，为保证全矿的均衡生产及提高资源回收率，经过分析，未按设计停采，采取了针对性的加强支护措施，继续推进，一直穿过 1#、2#煤层合并层的上下分层停采线，克服了支承压力的影响，当月月产 1.8 万 t ，最后实际停采线距四采轨道 50m，共延长了工作面的可采走向长度 60m，采出了支承压力

4、影响区内2 万 t 的煤炭资源，创造经济价值200 余万元，利润 150 余万元。2 支承压力影响区回采时的矿压显现从 3#煤层推进到距 2#煤下分层停采线 8m时，顶板压力逐步增强，直接顶裂隙发育，端面破碎度加大，顶板下沉速度加快，顶底板移近量加大，个别支柱出现钻底。在 3#煤层推进到 2#下分层停采线位置时，顶板出现明显的平行于工作面的裂隙。在工作面采煤机组割煤后，煤壁有时突然发生台阶下沉，下沉量达 300mm，支柱钻底量加大，继续推进过 2#煤下分层停采线 5m后，压力进一步增强，个别支柱安全阀开启，煤壁片帮严重，机道上方时有拉槽及小面积的漏顶发生，推进 8 个循环（5m）后顶板开始好转

5、，随着回采的继续推进并逐渐远离 2#煤下分层停采线，矿压活动减弱，再推进到 2#上分层停采线时，二次重复上述矿压显现特征，但相对影响减弱如图3。图 3 矿压显现图3 顶板加强管理措施支承压力影响区内强烈的矿压显现特征，类同于工作面周期来压，在顶板管理上采取了针对措施，从技术管理上坚持矿压观测分析预报，指导生产，在支护上加大工作面支护密度，顶板改铺金属小格网，在煤帮增加贴帮点柱，点柱间距 1000mm，缩小控顶距为2700mm，工作面基本支架改为齐梁直线柱（见图 4），调斜工作面使其与顶板裂隙成一定角度，在穿过上、下分层停采线时，工作面逐段通过，减小应力峰值影响范围；同时提高泵站压力，保证支柱初

6、撑力达规程要求。图 4 齐梁直线柱支架布置平面图4 理论分析集中力 P作用在半无限体的平面上，对平面下方任一点 M将发生影响，根据弹性理论得出在距平面体垂深 Z，水平距离 r 处产生的垂直应力为：上式是在集中力 P 作用下形成的应力分布情况，由此可得应力在岩体内的传递规律。如果将煤层开采理想化，岩体视为均质弹性体，对煤柱和煤体下方底板岩层的应力分布也可依据此规律做定性分析（见图 5）。图 5 支承压力在底板中传播规律示意图煤层开采后引起应力重新分布形成支承压力，一般以高于原岩应力的 5作为支承压力区分界处，在采后随着时间的推移，支承压力由不稳定状态逐渐变为稳定的残余支承压力，峰值逐渐降低，影响

7、范围不断扩大，支承压力向底板方向传播形成类似卵形的压力泡（如图 1），一般在上层煤采后的煤柱下方一侧为增压区，而在采空区一侧为减压区。多煤层开采时，岩层内的等压力线较复杂。显然，在停采线下方，正处于支承压力传递的应力增高区内，矿压显现强烈，支承压力向底板方向传播，不仅与相对上层煤的停采线水平距离有关，还与上层煤的垂直距离有关，垂距越大，影响越小。在煤层层间距一定的情况下支承压力在底板岩层中的水平影响范围可用下式确定（见图 6）：图 6 支承压力影响范围确定煤层倾角；煤层影响角角的余角90° - ；煤体影响角，其值可变化在 25° 55°之间，通常支承压力越大及煤柱尺寸越小，影响角越大；S 支承压力边界距上分层停采线的水平距离；Z 回采煤层距上组煤垂直距离；由于固定支承压力影响区内剪应力 （重载应力）的增强，极易破坏上方裂体梁平衡结构，导致工作面顶板沿煤壁切落发生台阶下沉，因而要求工作面支架支护强度要提高，保证有足够的初撑力。5 结语回采固定支承压力影响区内的煤炭资源时，支承压力的影响范围及强弱与采深、煤层层间距、煤柱尺寸、顶底板岩性、上下煤层回采间隔时间、采高、煤