堅硬頂板薄煤層綜采開采采場礦壓規律研究

劉 杰

（山煤集團煤業管理有限公司安監部，山西 太原 030006）

·技術經驗·

堅硬頂板薄煤層綜采開采采場礦壓規律研究

劉 杰

（山煤集團煤業管理有限公司安監部，山西 太原 030006）

堅硬頂板薄煤層工作面作為薄煤層工作面的特殊情況，掌握其礦壓顯現規律對于安全、高效開采具有重要的意義。以11802薄煤層堅硬頂板工作面為研究對象，采用實測手段掌握了工作面來壓步距、來壓強度、動載系數等特征。對礦壓宏觀顯現形式，如支架活柱下縮量、煤壁片幫、巷道變形等進行了闡述。該研究對于11802工作面后續正常回采工作具有一定的指導意義。

堅硬頂板薄煤層；綜采工作面；礦壓顯現規律；研究

目前，我國薄煤層開采技術較成熟，科研單位及院校工作者在薄煤層工作面礦壓顯現規律研究方面運用現場實測、數值模擬分析、電磁輻射等手段做了較多的研究［1-4］。堅硬頂板薄煤層作為薄煤層的一種特殊情況，其綜采工作面較普通薄煤層工作面礦壓顯現有新的特點，筆者以某礦11802堅硬頂板薄煤層綜采工作面為研究對象，在已有研究基礎上利用現場實測及數理統計方法分析了該綜采工作面礦壓顯現規律，并對采場支架適應性進行了研究。

1 工作面概況

該礦井自設計投產以來一直采用放炮采煤工藝，2012年進行改造升級后采用綜采開采，設計生產能力為60萬t／年。11802綜采工作面是礦井設計改造后的首采工作面，地面標高為+209～+245 m，工作面標高為-60～91 m，煤層厚度為1．8～2．32 m，平均為1．21 m，煤層傾角為7°～11°，平均傾角為7°左右，煤層賦存較好，水文地質條件較簡單，整個工作面未發現影響開采的大斷層。工作面設計可采走向長度為750 m，傾向為105 m，工作面偽頂為均厚0．5 m的泥巖，直接頂為均厚10．25 m質地堅硬的石灰巖，直接底為均厚4．5 m的層理裂隙較發育的泥巖～細粒砂巖。工作面通風方式為一進一回通風，即機巷進風，風巷回風，采煤方法為走向長壁采煤法，頂板采用全部跨落法處理。工作面采用ZY3300／7．5／15D型支架進行支護，采面兩端選用π型梁結合DZ12-30／100型單體柱進行支護。

2 測站布置及數據分析

2．1 測站布置

采用山東尤洛卡自動化裝備公司生產的采場支架壓力檢測儀對支架載荷進行實時全程監測，在工作面上、中、下3位置布置4個測站，每個測站布置2個測線，即15#、16#架為1#測站，30#、31#架為2#測站，45#、46#架為3#測站，60#、61#架為4#測站。測站、測線布置圖見圖1。在每個測線上安裝尤洛卡，利用配置的數據采集器每周采集監測儀收集的數據，并傳至電腦上進行數理統計分析。

圖1 11802工作面采場測站／測線布置示意圖

2．2 數據分析

工作面礦壓顯現強弱及規律主要取決于煤層賦存條件及開采方法等，其中周期來壓是工作面上覆巖層運移、破壞的直接表現形式。工作面周期來壓的判斷一般以采場液壓支架平均循環末阻力與其均方差之和來表示［5］，即：

在數據采集期間，部分測站中個別檢測儀出現故障，但測站未出現2臺同時失效顯現，基于此認為監測儀尚能客觀反映支架實際載荷變化。經過近一個月的采集，共采集了11802綜采工作面走向推進近40余m的支架載荷數據。對采集所得數據進行數理統計，并繪制圖表分析工作面礦壓顯現規律，具體見圖2和表1。

圖2 液壓支架工作阻力隨工作面推進變化曲線圖

表1 工作面采場液壓支架載荷數據分析表

通過對圖2和表1分析可知，11802綜采堅硬頂板薄煤層整個工作面礦壓顯現并不強烈，來壓規律較明顯，工作面周期來壓步距最大為12．15 m，最小為6．02 m，平均為6．63 m；各周期最小工作阻力分布在649～768 kN，平均最小工作阻力為725．6 kN，為額定工作阻力的24．18%；各周期最大工作阻力分布在3 120～3 314 kN，平均最大工作阻力為3 241 kN，為額定工作阻力的108．03%；各周期平均工作阻力分布在2 479．6～2 765．3 kN，平均工作阻力為2 600．24 kN，為額定工作阻力的86．67%；各周期初撐力分布在1 165．3～1 302．4 kN，平均初撐力為1 239．1 kN，為額定工作阻力的51．63%；各周期動載系數分布在1．35～1．46，平均動載系數為1．42，由工作面支架阻力分析可知，ZY3300／7．5／15D型支架能夠較好地對該工作面進行支護。進一步分析可得，整個工作面來壓較緩，來壓步距和來壓強度都不大，來壓持續時間較短，認為該顯現特點除了受工作面地質條件和采煤工藝影響外，還與該工作面推進速度較慢有直接關系［6］。

3 采場宏觀現象分析

采場宏觀現象是礦壓顯現的直接表現形式之一。頂底板在來壓期間移近量平均為124．6 mm，非來壓期間移近量平均為67．2 mm，液壓支架周期來壓期間活柱下縮量平均為32．4 mm，非來壓期間為平均下縮量為15．6 mm，即頂底板變化量在來壓期間和非來壓期間分別為液壓支架活柱下縮量的3．85倍和4．31倍；由于采高較小，煤層較硬，在回采觀測期間并未見大面積片幫現象發生，僅在工作面來壓期間頂板附近有非連續小片幫現象；回采觀測期間，液壓支架后方懸頂長度表現為工作面兩端長、中間短，符合常規長壁工作面頂板破斷規律；工作面回風順槽在超前18 m范圍內巷道變形開始逐漸明顯，在煤壁前方8～10 m范圍內變形顯著，進風順槽在超前15 m范圍內巷道變形開始逐漸明顯，在煤壁前方7～8 m范圍內變形顯著，考慮到工作面礦壓顯現強度較緩，巷道頂底板及兩幫變化都在可控范圍內，巷道整體變形并不影響正常回采作業。

4 結 語

堅硬頂板薄煤層工作面作為薄煤層工作面的特殊情況，其礦壓顯現規律較普通薄煤層工作面有新的特點。以11802薄煤層堅硬頂板工作面為研究對象，采用實測手段掌握了工作面來壓步距、來壓強度、動載系數等礦壓顯現規律及特征，并通過對采場液壓支架活柱下縮量、煤壁片幫、回采巷道變形情況進行了分析研究，補充了該工作面礦壓顯現特點。該研究對于11802工作面后續正常回采工作具有一定的指導意義。

［1］ 劉新杰，張 信，林 超．薄煤層綜采工作面礦壓顯現規律研究［J］．山東煤炭科技，2011（1）：188-189．

［2］ 趙兵兵，任 耀．薄煤層綜采工作面采場礦壓顯現規律數值模擬研究［J］．煤礦現代化，2012（6）：43-45．

［3］ 冉松河．梁北礦薄煤帶礦壓顯現規律分析［J］．煤礦安全，2012，43（10）：198-200．

［4］ 劉大軍，高建偉．薄煤層液壓支架工作面礦壓觀測分析［J］．山東煤炭科技，2010（2）：129-130．

［5］ 張國恩．薄煤層開采技術中礦壓顯現規律［J］．中國礦山工程，2009，38（2）：43-45．

［6］ 陳 通．綜采工作面推進速度與周期來壓步距關系分析［J］．煤礦開采，1999（1）：33-35．

Research on Stope Pressure Law for Hard Roof and Thin Coal Seam Fully Mechanized Mining

Liu Jie

The hard roof and thin coal seam working face as the special circumstances of thin coal seam working face，master the law of mine pressure behavior for safe and efficient mining has an important significance．Takes thin coal seam and hard roof11802 working face as the research object，using the measuring means masters the characteristics of working face pressure interval，compressive strength，dynamic load coefficient and so on．The mine pressure macroscopic behavior form，such as the descending amount of the support hydraulic column，coal wall spalling，roadway deformation and etc are elaborated．The research for follow-up normal mining of11802 working face has a certain guiding significance．

Hard roof and thin coal seam fully mechanized working face；Mine pressure

TD323

B

1672-0652（2013）10-0041-03

2013-07-22

劉 杰（1968—），男，山西五臺人，1992年畢業于山西礦業學院，工程師，主要從事煤礦安全及采煤管理工作（E-mail）l604668848＠qq．com