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[摘 要]本文对采用水力压裂初次放顶的综放工作面在初采期间的矿压进行实测，通过观察、分析、总结，得到初采期间的一些实测数据，对初次放顶结果进行评判，根据矿压规律及顶板垮落效果显示，水力压裂是一项安全可靠的工作面初次放顶技术，为相似条件下的工作面水力压裂初次放顶提供一定经验。
[关键词]综放 工作面 水力压裂 初次放顶 矿压
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0144-01
1、引言
井工煤矿工作面初采期间顶板不易管理，尤其是现代化矿井工作面高度高、长度大，初采期间顶板管理不好极易造成采空区大面积悬顶，一旦发生顶板大面積垮落，将会造成人员伤亡、设备损坏、降低工作效率。一般工作面初采期间多采取深孔爆破进行强制放顶，但爆破过程由于一次性使用大量火工品而存在较大隐患，水力压裂初次放顶相比之下更加安全、经济、环保，所以对水力压裂初次放顶矿的压显现规律进行研究具有一定意义。[1-3]
2、工作面情况
神东公司布尔台煤矿42201-1综放工作面，布置在42煤二盘区，工作面按煤层倾斜方向布置，工作面倾向长度319.6m，走向长度3014.3m，工作面煤层平均煤厚度5.7m，倾角1-4°，工作面沿煤层走向推进，沿煤层底板回采，采煤机割煤高度为3.6m，放顶煤高度为2.1m。采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤方法开采，全部垮落法管理顶板。工作面老顶为粉砂岩，厚度5-24m，平均厚度14m，直接顶为砂质泥岩，厚5-15m，平均厚度9m，直接底为砂质泥岩，厚3-7m，平均厚度5m。液压支架选用郑煤机生产的ZFY18000/25/39D双柱掩护式放顶煤液压支架158台。其中中部支架147台，机头端头组合支架1台、排头4台、过渡1台，机尾排头支架5台、过渡支架1台。
3、矿压观测
在工作面安装之前，在工作面切眼及顺槽正帮实施水力压裂初次放顶技术，以便弱化工作面前方顶板岩层。
矿压观测方法：一是支架立柱上安装压力传感器，PM32显示立柱载荷数据，根据支架的PM32控制器上传数据；二是现场每班记录矿压显现现象的记录，如顶底板和巷道两帮移近量，工作面是否切顶、漏矸、片帮、支架立柱安全阀开启、支架立柱下沉等。
3.1 直接顶的初次断裂与垮落
42201-1综放工作面直接顶的初次垮落先由工作面中部开始，当工作面机头推进21.2m，机尾推进至至28.6m处，工作面中部60-100#直接顶跨落，两端各有约60部支架未跨落。工作面机头推进至28.8m，机尾推进至34.0m，平均31.4m处时，工作面中部直接顶全部跨落，仅两顺槽未跨落，顶板跨落瞬间工作面40-70#支架内作业人员明显感觉有飓风从采空区吹出，但支架压力未见明显增大，支架压力均在270-350bar之间，工作面未见大面积片帮、支架安全阀开启或顶板抽条等矿压显现。
3.2 老顶的初次断裂与垮落
工作面继续推进，支架增阻明显，尤其工作面中部45#-130#支架，压力达到420-480bar左右，平均约460bar，支架降架过程中支架立柱底缸受降柱压力增大，支架安全阀有开启现象，呈射水状喷射。
42201-1综放工作面机头推进至53.1m，机尾推进至59.2m，平均56.1m处时，老顶来压，工作面52-85#、95-125#两段范围内支架前梁漏顶，冒落高度约2.5m左右，大量矸石进入运煤系统。此时，工作面支架压力达到回采以来最大值，判断为老顶来压。来压时，工作面30-110#支架压力较大，均达到450bar以上，最大值在100#支架处达到501bar。
3.3 两顺槽的顶板跨落
当工作面机头回采至60.3m、机尾66.4m处时，两顺槽顶板跨落，运输顺槽顶板跨落至机头组合支架后立柱处，紧跟工作面，导致组合支架尤其正帮侧组合支架后立柱受力增大，活柱行程较低，较难升起。
3.4 初次来压分析
由图1中可明显看出，工作面在推进至54.0m以后，支架载荷明显增大，工作面中部30-110#支架普遍达到400bar以上，靠工作面机头机尾支架也均达到300bar以上，在回采56.1m后工作面中部老顶大面积来压，回采至58.8m处后，老顶压力逐渐分散，来压持续距离2.7m，但30-50#、90-110#支架压力，截止数据导出位置60.8m仍持续较大，该两处范围内来压持续距离4.7m，约6刀煤，预测在60.8m后数据导出后该范围内压力将逐渐减小。
4、结论
综上可见，采用水力压裂初次放顶的综放工作面，在来压期间局部支架压力达到500bar，初次来压步距在56m左右，要小于类似工作面采用深孔爆破强制放顶的来压步距，同时在初采期间工作面没有发现大面积的切顶、漏矸、片帮、以及支架立柱大量下沉等现象，说明水力压裂初次放顶技术起到了作用。
此外，因为是综合机械化放顶煤开采工作面，在初采期间为了保证工作面顶板安全，在老顶初次垮落之前正常回采，暂不进行放煤工作。老顶跨落后进行正常放煤，初采期间采高保持在3.6m，一方面避免采高超过支架最大支护高度，导致支架不接顶，顶板维护困难而造成漏顶，同时又保证支架活柱有足够的行程，以免来压期间采高过低造成支架压死。
参考文献
[1] 刘会利，冯彦军.锦界煤矿综采工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律[J]. 煤炭工程，2017
[2] 刘儒侠.大柳塔煤矿综采工作面水力压裂强制放顶技术探索[J]. 陕西煤炭，2016
[3] 冯彦军，康红普.定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板实验[J]. 岩石力学与工程学报，2012
作者简介
李斌，性别：男，年龄：38，民族：汉，毕业院校：辽宁工程技术大学，专业：矿物资源工程，单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，职务：项目总设计师，职称：工程师
[关键词]综放 工作面 水力压裂 初次放顶 矿压
中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0144-01
1、引言
井工煤矿工作面初采期间顶板不易管理，尤其是现代化矿井工作面高度高、长度大，初采期间顶板管理不好极易造成采空区大面积悬顶，一旦发生顶板大面積垮落，将会造成人员伤亡、设备损坏、降低工作效率。一般工作面初采期间多采取深孔爆破进行强制放顶，但爆破过程由于一次性使用大量火工品而存在较大隐患，水力压裂初次放顶相比之下更加安全、经济、环保，所以对水力压裂初次放顶矿的压显现规律进行研究具有一定意义。[1-3]
2、工作面情况
神东公司布尔台煤矿42201-1综放工作面，布置在42煤二盘区，工作面按煤层倾斜方向布置，工作面倾向长度319.6m，走向长度3014.3m，工作面煤层平均煤厚度5.7m，倾角1-4°，工作面沿煤层走向推进，沿煤层底板回采，采煤机割煤高度为3.6m，放顶煤高度为2.1m。采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤方法开采，全部垮落法管理顶板。工作面老顶为粉砂岩，厚度5-24m，平均厚度14m，直接顶为砂质泥岩，厚5-15m，平均厚度9m，直接底为砂质泥岩，厚3-7m，平均厚度5m。液压支架选用郑煤机生产的ZFY18000/25/39D双柱掩护式放顶煤液压支架158台。其中中部支架147台，机头端头组合支架1台、排头4台、过渡1台，机尾排头支架5台、过渡支架1台。
3、矿压观测
在工作面安装之前，在工作面切眼及顺槽正帮实施水力压裂初次放顶技术，以便弱化工作面前方顶板岩层。
矿压观测方法：一是支架立柱上安装压力传感器，PM32显示立柱载荷数据，根据支架的PM32控制器上传数据；二是现场每班记录矿压显现现象的记录，如顶底板和巷道两帮移近量，工作面是否切顶、漏矸、片帮、支架立柱安全阀开启、支架立柱下沉等。
3.1 直接顶的初次断裂与垮落
42201-1综放工作面直接顶的初次垮落先由工作面中部开始，当工作面机头推进21.2m，机尾推进至至28.6m处，工作面中部60-100#直接顶跨落，两端各有约60部支架未跨落。工作面机头推进至28.8m，机尾推进至34.0m，平均31.4m处时，工作面中部直接顶全部跨落，仅两顺槽未跨落，顶板跨落瞬间工作面40-70#支架内作业人员明显感觉有飓风从采空区吹出，但支架压力未见明显增大，支架压力均在270-350bar之间，工作面未见大面积片帮、支架安全阀开启或顶板抽条等矿压显现。
3.2 老顶的初次断裂与垮落
工作面继续推进，支架增阻明显，尤其工作面中部45#-130#支架，压力达到420-480bar左右，平均约460bar，支架降架过程中支架立柱底缸受降柱压力增大，支架安全阀有开启现象，呈射水状喷射。
42201-1综放工作面机头推进至53.1m，机尾推进至59.2m，平均56.1m处时，老顶来压，工作面52-85#、95-125#两段范围内支架前梁漏顶，冒落高度约2.5m左右，大量矸石进入运煤系统。此时，工作面支架压力达到回采以来最大值，判断为老顶来压。来压时，工作面30-110#支架压力较大，均达到450bar以上，最大值在100#支架处达到501bar。
3.3 两顺槽的顶板跨落
当工作面机头回采至60.3m、机尾66.4m处时，两顺槽顶板跨落，运输顺槽顶板跨落至机头组合支架后立柱处，紧跟工作面，导致组合支架尤其正帮侧组合支架后立柱受力增大，活柱行程较低，较难升起。
3.4 初次来压分析
由图1中可明显看出，工作面在推进至54.0m以后，支架载荷明显增大，工作面中部30-110#支架普遍达到400bar以上，靠工作面机头机尾支架也均达到300bar以上，在回采56.1m后工作面中部老顶大面积来压，回采至58.8m处后，老顶压力逐渐分散，来压持续距离2.7m，但30-50#、90-110#支架压力，截止数据导出位置60.8m仍持续较大，该两处范围内来压持续距离4.7m，约6刀煤，预测在60.8m后数据导出后该范围内压力将逐渐减小。
4、结论
综上可见，采用水力压裂初次放顶的综放工作面，在来压期间局部支架压力达到500bar，初次来压步距在56m左右，要小于类似工作面采用深孔爆破强制放顶的来压步距，同时在初采期间工作面没有发现大面积的切顶、漏矸、片帮、以及支架立柱大量下沉等现象，说明水力压裂初次放顶技术起到了作用。
此外，因为是综合机械化放顶煤开采工作面，在初采期间为了保证工作面顶板安全，在老顶初次垮落之前正常回采，暂不进行放煤工作。老顶跨落后进行正常放煤，初采期间采高保持在3.6m，一方面避免采高超过支架最大支护高度，导致支架不接顶，顶板维护困难而造成漏顶，同时又保证支架活柱有足够的行程，以免来压期间采高过低造成支架压死。
参考文献
[1] 刘会利，冯彦军.锦界煤矿综采工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律[J]. 煤炭工程，2017
[2] 刘儒侠.大柳塔煤矿综采工作面水力压裂强制放顶技术探索[J]. 陕西煤炭，2016
[3] 冯彦军，康红普.定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板实验[J]. 岩石力学与工程学报，2012
作者简介
李斌，性别：男，年龄：38，民族：汉，毕业院校：辽宁工程技术大学，专业：矿物资源工程，单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，职务：项目总设计师，职称：工程师