大采高綜放采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

白志飛

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

大采高綜放采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

白志飛

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

大采高綜放開采技術(shù)是特厚煤層開采的新途徑，它結(jié)合了大采高與放頂煤的特點(diǎn)；但在礦壓顯現(xiàn)規(guī)律上又不同于兩者。文章根據(jù)神東保德煤礦8#煤層的賦存特性，對大采高綜放工作面81300-2進(jìn)行了礦壓觀測，并對采場的礦壓規(guī)律及支架合理工作阻力等問題進(jìn)行了研究。

大采高綜放工作面；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；支架的合理工作阻力

1 工作面的基本概況

81300-2工作面位于8號煤層三盤區(qū)內(nèi)，東為81300-1工作面（已回采），西為88301工作面（已回采），南為未開發(fā)煤體（現(xiàn)井田邊界），北為輔助運(yùn)輸大巷；該工作面地面位置位于井田東南部，C K 3鉆孔以南，西焉村以北，蘇家里村（舊址）以東范圍內(nèi)。

81300-2工作面煤層平均厚度8.32m，傾角3°～9°，總體呈緩狀背斜構(gòu)造、局部起伏，地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，工作面巷道揭露范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常地質(zhì)構(gòu)造。工作面沿煤層傾斜布置走向推進(jìn)，沿8號煤底板回采，工作面傾斜長240m，走向長2445m，采高一般控制在4.0m，平均放煤高度4.32m，采放比為1∶1.08，采用一采一放平行作業(yè)雙輪順序放煤方式,即煤機(jī)從機(jī)頭往機(jī)尾割煤時(shí)，從機(jī)頭開始放煤，放到機(jī)尾停止；從機(jī)尾往機(jī)頭割煤時(shí)，從機(jī)尾開始放煤，放到機(jī)頭架停止； 端頭架和排頭架不放煤。工作面采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板。

81300-2工作面頂?shù)装鍘r性特征：老頂為灰色-灰白色的細(xì)砂巖－中砂巖，平均厚度10m。直接頂為灰黑色的泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.94m。偽頂為灰褐色的泥巖、炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.2m。直接底為灰白色的泥巖，平均厚度0.65m。

2 礦壓觀測方案與儀器布置

81300-2工作面總長240m，采用Z F T 10200/25/42D型兩柱放頂煤電液控支架支護(hù)，共141臺(tái)（工作面129臺(tái)，端頭支架1臺(tái)，排頭支架8臺(tái)，過渡支架3臺(tái)）。本次礦壓觀測設(shè)置支架工作阻力測區(qū)3個(gè)，頭部測區(qū)（Ⅰ）、中部測區(qū)（Ⅱ）、尾部測區(qū)（Ⅲ）。頭部測區(qū)對應(yīng)15號和16號支架，中部測區(qū)對應(yīng)72號和73號支架，尾部測區(qū)對應(yīng)125號和126號支架。每個(gè)支架設(shè)置1臺(tái)電腦圓圖儀，共設(shè)置6臺(tái)電腦圓圖儀，監(jiān)測6個(gè)兩柱支架的左右立柱工作阻力。每個(gè)測區(qū)內(nèi)布置測線2條，1條測線對應(yīng)1個(gè)支架。監(jiān)測區(qū)布置圖，見圖1。

圖1 81300－2綜放面礦壓監(jiān)測區(qū)布置圖

3 工作面來壓規(guī)律

通過實(shí)測支架的工作阻力推斷來壓步距。15號支架代表工作面的頭部位置，72號支架可代表工作面的中部位置，125號支架可代表工作面的尾部位置。當(dāng)工作面從開切眼推進(jìn)53.7m～54.6m時(shí)，15號支架的工作阻力達(dá)到最大值9869.42k N，說明工作面頭部初次來壓，來壓步距53.7m～54.6m，平均54.15m。當(dāng)工作面從開切眼推進(jìn)49.6m～51.2m時(shí)，72號支架的工作阻力達(dá)到最大值10027.31k N，說明工作面中部部初次來壓，來壓步距49.6m～51.2m，平均50.4m。當(dāng)工作面從開切眼推進(jìn)56.4m～58.5m時(shí)，125號支架的工作阻力達(dá)到最大值9967.83k N，說明工作面尾部初次來壓，來壓步距56.4m～58.5m，平均57.45m。觀測期間，81300-2工作面推進(jìn)了96.7m，出現(xiàn)了三次周期來壓。初次來壓及周期來壓步距見表1。

表1 工作面觀測支架來壓步距

4 支架合理工作阻力的確定

（1）實(shí)測支架阻力：通過觀測工作面6個(gè)實(shí)測支架在推進(jìn)中的初撐力和末阻力的變化可知，初撐力與末阻力呈線性變化，末阻力值與初撐力值有關(guān)。工作面頭、中、尾部位的15號、72號、125號支架荷載見表2。

表2 工作面支架工阻阻力統(tǒng)計(jì)表 /kN

（2）支護(hù)強(qiáng)度驗(yàn)算公式：采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：Pt為工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度，k N/m2；h為采高，4.0m；γ為頂板巖石重力密度，取2.5t/m3；k為工作面支柱應(yīng)該支護(hù)的上覆巖層厚度與采高之比，k=6.5。

（3）據(jù)對保德煤礦放頂煤開采研究主要結(jié)論，綜放工作面頂板壓力比綜采工作面大1.2倍～1.3倍，故工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度為

Pt1=(1.2～1.3)×637.65=（765.18～828.94）k N/m2.

液壓支架工作阻力：

式中：Qs為液壓支架額定工作阻力，k N/架；PH為支架支護(hù)強(qiáng)度，k N/m2；PH=Pt1=（765.18～828.94）k N/m2；Bc—支架控頂距，最大控頂距為6.26m；Sc為液壓支架中心距，m；Ks為液壓支架支護(hù)效率，支撐式支架取0.9～0.95。所以 Qs=(765.18～828.94)×6.26×1.75÷0.9=（9313.94～10090.10）k N/架。經(jīng)計(jì)算所需要支架工作阻力為9313.94k N/架～10090.10k N/架，81300-2工作面采用中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司的Z F T 10200/25/42D型兩柱放頂煤電液控支架工作阻力 10200k N/架 >（9313.94～10090.10）k N/架，符合要求。

5 結(jié)論

（1）81300-2大采高綜放工作面頂板周期來壓現(xiàn)象較明顯，工作面頭、中、尾的來壓步距差別不很明顯，頂板的初次來壓步距均值為54.15m，周期來壓步距平均為14.6m。（2）81300-2大采高綜放面初撐力均值5786.92k N，占額定值(7145k N)的84.61%；循環(huán)末阻力均值7246.36k N，占額定值 (10200k N)的72.54%，初撐力滿足支護(hù)要求，末阻力有較大富余。工作面除局部片幫外，支架支護(hù)效果良好。（3）81300-2大采高綜放面所選擇的液壓支架（Z F T 10200/25/42D型），支護(hù)效果良好。

[1]錢鳴高，劉聽成.礦上壓力及其控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.

[2]閆少宏，富強(qiáng).放頂煤開采頂煤與頂板活動(dòng)規(guī)律研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)，1995.

[3]閆少宏，尹希文.大采高綜放開采幾個(gè)理論問題的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008，33（5）：481-485.

[4]吳健.我國放頂煤開采的理論研究與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，1991，16（3）：1-11.

[5]弓培林.大采高采場圍巖控制理論及應(yīng)用研究[M].北京煤炭工業(yè)出版社，2006：6-8．

Study on Strata Behavior in Largemining Heightmining Field

BAI Zhi-fei
(College o fm i n i n g E n g i n e e r i n g,T a i y u a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a nS h a n x i 030024)

L a r g e-m i n i n g-h e i g h tf u l l y-m e c h a n i z e dm i n i n gt e c h n o l o g yi sn e wf o rm i n i n ge x t r a-t h i c k s e am,w h i c hc om b i n e sf e a t u r e so f t h el a r g e-m i n i n g-h e i g h tm i n i n ga n dc a v i n g,b u t t h es t r a t ab e h a v i o ri s d i f f e r e n t f r omt h o s et w o.T h ea r t i c l ei sb a s e do nt h ee x i s t i n gc h a r a c t e r i s t i c so f N o.8s e ami nB a o d em i n e,g r o u n dp r e s s u r e o b s e r v a t i o no nt h e 81300-2w o r k i n g f a c e w a s c a r r i e do u t.T h e s t r a t a b e h a v i o r a n ds u p p o r t i n g r e a s o n a b l e r e s i s t a n c e a r e s t u d i e d.

l a r g e-m i n i n g-h e i g h tf u l l y-m e c h a n i c a lw o r k i n gf a c e;s t r a t ab e h a v i o r;r e a s o n a b l ew o r k r e s i s t a n c e o f s u p p o r t

T D 322

A

2011-09-27

白志飛（1984—），男，山西忻州人，在讀碩士研究生，從事大采高綜放礦壓顯現(xiàn)規(guī)律方面的研究。

徐樹文