“三硬”薄煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

宋冠忠，孔 文，張思平

（山東裕隆礦業(yè)集團唐陽煤礦， 山東濟寧市 272000）

“三硬”薄煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

宋冠忠，孔 文，張思平

（山東裕隆礦業(yè)集團唐陽煤礦， 山東濟寧市 272000）

對山東某煤礦10902工作面支架工作阻力進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合其監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了其支承壓力分布規(guī)律，詳細(xì)闡述了其初次來壓、周期來壓及其強度，支架工作阻力等情況，從而為液壓支架選型及其參數(shù)確定、采煤工藝優(yōu)化等提供合理的技術(shù)支撐。

薄煤層；礦壓顯現(xiàn)；綜放開采；周期來壓；支架工作阻力

目前，國內(nèi)學(xué)者在薄煤層礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律方面做了較多研究，并取得了豐富的經(jīng)驗，但對“三硬”薄煤層綜采工作面超前支承壓力分布規(guī)律的研究較少。本文通過對山東某礦10902工作面礦壓的觀測，掌握了薄煤層綜采工作面的礦壓顯現(xiàn)基本規(guī)律，從而為同類型地質(zhì)條件下的煤層回采積累技術(shù)經(jīng)驗。

1 礦山工作面概況

山東某煤礦10902工作面走向長980m，平均傾向長145m，所采煤層平均厚度為1.09m，煤層硬度系數(shù)f為2～3，容重為1.6t／m3，煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角為12°～14°，埋深約273～347m。工作面煤層頂板為L1－2灰?guī)r，厚度10.4m，工作面直接底為本溪組鋁土泥巖，平均厚度9.18m，老底為奧陶系灰?guī)r，平均厚度130m。

為監(jiān)測10902工作面液壓支架在工作過程中的實時壓力狀態(tài)，在井下安裝YHY60（B）礦用本安型數(shù)字壓力計，用于綜采工作面支架工作阻力的監(jiān)測，儀器工作原理如下：系統(tǒng)壓力分機具有2個壓力測孔，可同時測量支架左右支柱壓力，并連續(xù)記錄在壓力計內(nèi)，該工作面共設(shè)置1＃、2＃、3＃、4＃共計4個分機，使用1臺采集器進(jìn)行采集，采集器攜帶至井上后通過無線通訊適配器將數(shù)據(jù)自動地傳送到計算機處理。

2 薄煤層綜采工作面礦山壓力規(guī)律分析

自2010年10月25日9時至2010年11月25日10時，工作面從距離開切眼58m推進(jìn)到94.54 m，經(jīng)歷了59個循環(huán)。監(jiān)測儀器分別安裝在工作面第9＃、30＃、50＃、72＃支架，分別對應(yīng)工作面上部、中上部、中下部和下部。

2.1 頂板周期來壓的判別

周期來壓分析以支架的平均循環(huán)末阻力與其均方差之和作為主要判斷指標(biāo)。各支架來壓判據(jù)計算結(jié)果見表1。

表1 基本頂周期來壓判據(jù)

從支架平均循環(huán)末阻力統(tǒng)計中（見表2）可以看出，工作面上部、中部以及下部支架循環(huán)末阻力分別為30.39MPa（2513.47kN）、25.91MPa（2142.94 kN）、21.84MPa（1806.32kN）。可以看出，工作面上部循環(huán)末阻力較大，中部次之，下部最小。支架循環(huán)末阻力的平均值為26.01MPa（2151.21kN），約為支架額定工作阻力3300kN的65.19%。

表2 支架平均循環(huán)末阻力統(tǒng)計

分析支架循環(huán)末阻力曲線如圖1所示。從圖中可以看出，在工作面從58m前后推進(jìn)至94.54m前后基本頂共來壓5～6次，來壓步距見表3，且工作面周期上部來壓步距較小，下部來壓步距較大，來壓持續(xù)時間不長，強度也不大，工作面周期來壓步距約為3.78～11.97m，平均6.62m。

圖1 各支架循環(huán)末阻力曲線

表3 各支架頂板周期來壓步距統(tǒng)計

2.2 支架初撐力分析

根據(jù)實測循環(huán)初撐力繪制循環(huán)初撐力曲線，如圖2所示。從圖中可以看出，支架的初撐力距其額定初撐力差距較大，且支架初撐力波動范圍較大，最高達(dá)到30.5MPa，最低只有1.5MPa。9＃、30＃、50＃和72＃支架的平均初撐力分別為19.02MPa（1573.09kN）、16.93MPa（1400.23kN）、17.44 MPa（1442.41kN）和11.95MPa（988.35kN），分別為額定初撐力31.5MPa（2600kN）的60.38%、53.75%、55.37%和37.94%。支架總體平均初撐力為16.34MPa（1351.43kN），為額定初撐力的51.86%，支架的平均初撐力偏小。

從初撐力的分布來看，工作面上部支架初撐力最大，中部次之，下部最小，這與支架末阻力分布較為一致，說明液壓支架的支撐力與頂板壓力的同步性，更加說明了提高支架初撐力的重要性。

3 結(jié) 論

（1）由現(xiàn)場分析可得，工作面初次垮落步距為15～20m，平均為18m。工作面從58m前后推進(jìn)至94.54m前后基本頂共來壓5～6次，監(jiān)測支架來壓較為明顯，但持續(xù)時間較短。工作面上部、中部、下部周期來壓步距分別為6.46，6.66，6.55m，相差不大，強度也不大。工作面周期來壓步距為3.78～11.97m，平均為6.62m。

圖2 各支架循環(huán)初撐力曲線

（2）所有監(jiān)測支架平均循環(huán)末阻力為26.01 MPa（2151.21kN），約為支架額定工作阻力39.9 MPa（3300kN）的65.19%。其中工作面上部支架循環(huán)末阻力為30.39MPa（2513.47kN），為支架額定工作阻力的76.17%，支架壓力較大；工作面的中部支架循環(huán)末阻力的平均值為25.91MPa（2142.94 kN），為支架額定工作阻力的64.94%；工作面的下部支架循環(huán)末阻力為21.84MPa（1806.32kN），為支架額定工作阻力的54.74%。

（3）所有監(jiān)測支架的初撐力距其額定初撐力差距均較大，支架初撐力波動范圍為較大，最高達(dá)到30.5MPa，最低只有1.5MPa。9＃、30＃、50＃和72＃支架的平均初撐力分別為19.02MPa（1573.09 kN）、16.93MPa（1400.23kN）、17.44MPa（1442.41kN）和11.95MPa（988.35kN），分別為額定初撐力31.5MPa（2 6 0 0kN）的60.38%、53.75%、55.37%和37.94%，支架總體平均初撐力為16.34MPa（1351.43kN），為額定初撐力31.5 MPa（2600kN）的51.86%，支架的平均初撐力偏小。

［1］曹勝根，張東升，杜衛(wèi)新.超長綜放工作面開采關(guān)鍵技術(shù)［J］.礦山壓力與頂板管理，2003（4）：69－71.

［2］金 戈，蒲文龍，畢業(yè)武.永安Ⅲ號煤層傾斜巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與圍巖控制［J］.采礦技術(shù)，2009，9（3）：66－67.

［3］和心順，李化敏.礦業(yè)工程測試技術(shù)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1995.

［4］南培珠.“兩硬”條件下分層放頂煤開采礦壓規(guī)律研究［J］.煤礦開采，2005，10（4）：72－74.

［5］錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制（修訂本）［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1991.

2012－02－13）

宋冠忠（1980－），男，山東曲阜人，助理工程師，主要從事礦山開采工作。