綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架適應(yīng)性

蔡 挺

（山西煤銷集團長治馬堡煤業(yè)有限公司，山西 長治046000）

在正確認(rèn)識頂煤頂板活動規(guī)律的基礎(chǔ)上，了解放頂煤對頂煤運動狀態(tài)、頂板結(jié)構(gòu)、支架圍巖關(guān)系的影響，進行合理的支護設(shè)計對放頂煤工作面的安全生產(chǎn)非常重要〔1〕。為此，對保德煤礦88300－1綜放工作面進行礦壓觀測，并根據(jù)實測數(shù)據(jù)對礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行分析，對安全生產(chǎn)有重要的意義。

1 工作面概況

88300－1 綜放工作面位于8＃煤層三盤區(qū)內(nèi)，走向長2271.5m，傾向長240m，平均煤厚8.63m，傾角為3°～9°。老頂為細(xì)砂巖、中粒砂巖，平均厚度10m，直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度1.94m，直接底為泥巖，厚度0.65～2 m。煤層呈緩狀單斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，分層夾矸厚度變化較大，最厚處約1.1m。

工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板，沿8－2煤底板回采，采高3.6～4.0m。總共布置液壓支架141架，基本支架型號為ZFY10200／25／42D，支護強度為1.08～1.11MPa。

2 觀測方案及測區(qū)布置

支架工作阻力是反映綜放支架對工作面礦壓適應(yīng)性的最重要依據(jù)，也是評價支架工作效果的重要參數(shù)，支架工作阻力過大，往往阻力利用率不高，增加支架重量、造價、經(jīng)濟效益降低〔2－4〕，因此工作面基本支架工作阻力是本次礦壓監(jiān)測的主要內(nèi)容。

如圖1所示，本次觀測共設(shè)置3個測區(qū)，分別為下部（Ⅰ）、中部（Ⅱ）和上部（Ⅲ）測區(qū)，其中下部測區(qū)（Ⅰ）對應(yīng)近機頭部位17＃和18＃支架，中部測區(qū)（Ⅱ）對應(yīng)70＃和71＃支架，上部測區(qū)（Ⅲ）對應(yīng)123＃和124＃支架。每個測區(qū)布置兩條測線，每條測線對應(yīng)一個支架，每個支架設(shè)置1臺礦用數(shù)字壓力計，監(jiān)測2柱支架的左右立柱工作阻力。工作面共布置6臺礦用數(shù)字壓力計。

圖1 工作面礦壓監(jiān)測測區(qū)布置

采用型號為KBJ－60Ⅲ－2的壓力記錄儀和“礦用壓力數(shù)據(jù)采集器”進行記錄和收集數(shù)據(jù)。工作面現(xiàn)場礦壓觀測須得到老頂初次來壓和至少2個周期來壓階段的礦壓數(shù)據(jù)，才能達到觀測的目的及要求。

3 頂板運動規(guī)律

工作面現(xiàn)場觀測共持續(xù)27天，工作面推進98m，測得了老頂初次來壓和3個周期來壓階段的工作面礦壓數(shù)據(jù)和顯現(xiàn)特征。

根據(jù)對觀測數(shù)據(jù)分析、篩選，分別以18＃支架代表工作面的下部，70＃支架代表工作面中部位置，123＃支架代表工作面上部（以下相同）。則工作面下部、工作面中部及工作面上部的初次來壓步距分別為52.3m、49.9m和58.2 m；周期來壓步距分別為8.2～18.0m、8.6～13.4m 和11.2～16.6m；平均周期來壓步距分別為13.7m、13.1m和13.7m。老頂?shù)钠骄醮蝸韷翰骄酁?5.2m，老頂?shù)钠骄芷趤韷翰骄酁?2.9m。

4 工作阻力及分布特征

1）實測工作阻力

理論和實踐表明〔5〕，末阻力與初撐力呈線性變化，末阻力值的大小與初撐力值大小有關(guān)。工作面上、中、下不同部位具有代表性的18＃、70＃和123＃支架荷載統(tǒng)計見表1。

表1 工作面基本支架荷載統(tǒng)計

通過工作面基本支架載荷均值計算分析，可知，工作面中部支架初撐力最大，上部（機尾）次之，下部（機頭）最小，三者比例為1.16∶1.02∶1；工作面中部支架末阻力值稍大，上部次之，下部最小，三者比例為1.21∶1.09∶1。

2）工作阻力分布及特征

（1）支架初撐力

初撐力可以防止頂板早期下沉，直接頂早期離層破碎〔6〕，統(tǒng)計分析液壓支架的初撐力對有效管理頂板具有重要意義。

從表2統(tǒng)計的工作面支架初撐力均值看，6臺支架實測初撐力平均5884.9kN／架，平均利用率為支架額定初撐力（7145kN）的82.36%，18＃、70＃和123＃支架初撐力小于6000kN的比例為56%、21.65%和41.67%。

表2 工作面支架各工作循環(huán)初撐力統(tǒng)計

（2）循環(huán)末阻力

工作面支架循環(huán)末阻力反映最大控頂距時支架承受的最大頂板壓力。液壓支架末阻力的統(tǒng)計分析有助于掌握工作面液壓支架的工作狀態(tài)，是分析工作面頂板運動規(guī)律和支架適應(yīng)性的重要依據(jù)見表3。

表3 工作面支架循環(huán)末阻力統(tǒng)計

ZFY10200／25／42D型液壓支架額定工作阻力為10200kN。根據(jù)表3對支架循環(huán)末阻力的統(tǒng)計，6臺支架實測循環(huán)末工作阻力均值為7144.36kN／架，達到額定工作阻力值的70.04%，其中18＃、70＃和123＃支架循環(huán)末阻力小于8000kN的比例為88.16%、53.61%和72.23%。由此可知，支架阻力有較大的富余且左右柱壓力比較均勻無明顯偏載現(xiàn)象。

5 結(jié)語

1）初撐力中等適度，末阻力有較大富余。工作面除局部煤壁片幫外，支架控頂效果好。

2）頂板來壓前與來壓時的壓力在工作面上部、中部及下部位測區(qū)有較明顯的差別。初撐力和末阻力分布區(qū)間不均勻，工作面中部稍好。

3）工作面老頂初次來壓前適當(dāng)放煤，考慮8＃煤層頂板來壓沖擊的可能性，建議在頂煤初次垮落后開始放煤，在老頂初次來壓前5m左右停止放煤，來壓結(jié)束后繼續(xù)正常放煤。

〔1〕王 敏.大采高放頂煤采場結(jié)構(gòu)及圍巖控制研究〔D〕.太原：太原理工大學(xué)，2010：8－9.

〔2〕錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003：277.

〔3〕張雪松.放頂煤開采頂煤控制技術(shù)研究〔J〕.煤，2009，18（3）：31－32.

〔4〕賈悅謙.中國綜采放頂煤開采現(xiàn)狀及展望〔J〕.中州煤炭，1992，（6）：5－10.

〔5〕劉正和，趙陽升，弓培林，等.大采高放頂煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及圍巖控制研究〔J〕.太原理工大學(xué)學(xué)報，2011，42（5）：524－527.

〔6〕萬 峰，張洪清，韓振國.液壓支架初撐力與工作面礦壓顯現(xiàn)關(guān)系研究〔J〕.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（6）：18－20.