耿村煤礦綜放工作面礦壓觀測(cè)及支架適應(yīng)性分析

盧紅旗

（河南大有能源股份有限公司耿村煤礦,河南　三門峽　472431）

耿村煤礦綜放工作面礦壓觀測(cè)及支架適應(yīng)性分析

盧紅旗

（河南大有能源股份有限公司耿村煤礦,河南三門峽472431）

摘要：通過對(duì)耿村煤礦2-3煤層13180綜放工作面開采過程中的頂板壓力觀測(cè)，掌握了該工作面的周期來壓步距及來壓強(qiáng)度。對(duì)支架主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)實(shí)測(cè)礦壓數(shù)據(jù)分析液壓支架的適應(yīng)性，探討了其應(yīng)用效果，為同類工作面支架選型提供了技術(shù)保證。

關(guān)鍵字：綜放工作面；礦壓顯現(xiàn)；適應(yīng)性

0　引言

綜采放頂煤工藝在厚煤層開采中已得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)于對(duì)綜放開采過程中，頂煤的破斷規(guī)律，煤巖體運(yùn)移規(guī)律、工作面支承壓力分布等問題的研究也取得了一定的成果。通過大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，綜放工作面煤層開采厚度越大，支承壓力峰值位置離工作面越遠(yuǎn)，支承壓力影響也越大[1]。工作面的支承壓力分布區(qū)域比較廣泛，其峰值區(qū)域大約位于工作面煤墻側(cè)7m左右范圍內(nèi)[2-3]。本文以耿村煤礦2～3厚煤層13180工作面為研究背景，研究工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，綜合評(píng)價(jià)其支架的適應(yīng)性與工作狀態(tài)，為工作面支架選型提供依據(jù)，對(duì)同等條件下綜放工作面開采，提高煤炭回收率都具有指導(dǎo)意義。

1　綜采工作面地質(zhì)開采條件

13180綜放工作面位于耿村煤礦東三采區(qū)（2-3）煤軌道下山西翼，北側(cè)為已回采的13160工作面（二者相隔一個(gè)8m寬的煤柱），西部與南部為未開采的2-3煤實(shí)體。平均采深約580m。走向長(zhǎng)度870m，傾斜長(zhǎng)191m，煤層傾角10°～13.5°。采煤方法為綜放，一次采全高，割煤高度 2.8m，垮落法管理頂板。工作面采用液壓支架支護(hù)，額定初撐力30Mpa，額定工作阻力 38.9MPa，支護(hù)強(qiáng)度 1.14MPa，支架數(shù)量130架。該工作面地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構(gòu)造，煤層直接頂板為灰黑色、黑色泥巖，煤層以上140m賦存350m厚礫巖層。煤層直接底為煤矸互層，老底為淺灰色細(xì)砂巖、淺灰色含礫砂巖及青灰色中粒砂巖。

2　在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

耿村煤礦采用礦用KJ653型工作阻力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備來對(duì)13180綜采工作面支架工作阻力進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，下位壓力的監(jiān)測(cè)分站均有無線數(shù)據(jù)傳輸分站控制巡測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)傳輸分站以有線的形式傳輸至上為監(jiān)測(cè)站。主站數(shù)據(jù)通過電話線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)終端。分站設(shè)計(jì)了2個(gè)壓力監(jiān)測(cè)通道，通道與液壓支架的回路通過高壓油管進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)液壓支架前后立柱的工作阻力。13180工作面共安裝13個(gè)壓力分站，每5架安裝一個(gè)監(jiān)測(cè)分站，主站安裝位置在下巷口。

3　工作面頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析

觀測(cè)日期從 2014年03月02日 到 2014年03月18日，期間工作面推進(jìn)距離24m累計(jì)推進(jìn)距離共 46.75m。在數(shù)據(jù)分析處理過程中，上部選擇8#架、13#架，中部選擇48#架，53#架，下部選擇98#架、123#架做為礦壓分析的依據(jù)。

3.1頂板來壓步距判斷

根據(jù)液壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和頂板巖層強(qiáng)度可知，13180工作面直接頂?shù)某醮蝸韷翰骄酁?4.5m，其垮落方式為直接垮落，初次來壓后直接定全部垮落，懸頂距離為0m。

13180工作面工作面老頂?shù)钠骄醮蝸韷翰骄酁?18.8m，工作面下部的初次來壓布局平均為20.2m，依次中部為17m，上部位19.3m。工作面下部老頂周期來壓步距最大為16.9m，最小為 5.5m，平均9.7m，工作面中部最大周期來壓步距為10.5m，最小為5.5m，平均步距為8.4m，由此可知13180工作面老頂最大周期來壓步距為20.2m，最小周期來壓步距為5.3m，平均為8.5m。

3.2基本頂來壓強(qiáng)度

工作面支架的動(dòng)載系數(shù)是反應(yīng)老頂來壓強(qiáng)度大小的關(guān)鍵指標(biāo)之一，依據(jù)13180工作面液壓支架在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析可知，該工作面的支架動(dòng)載系數(shù)為1.05，來壓強(qiáng)度緩和。

注：來壓強(qiáng)度緩和（動(dòng)壓系數(shù)在1～1.3之間），來壓強(qiáng)度較強(qiáng)（動(dòng)壓系數(shù)在1.3～1.7之間），來壓強(qiáng)度劇烈（動(dòng)壓系數(shù)大于1.7）。[4]

4　支架工作阻力評(píng)價(jià)

根據(jù)13180工作面工作面基本頂破斷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其液壓支架的合理支護(hù)強(qiáng)度為279.15KN/m2，該工作面液壓支架滿足其支護(hù)強(qiáng)度的要求。

4.1支架初撐力評(píng)價(jià)

對(duì)于整架來講，初撐力平均值為 10.76MPa，液壓支架初撐力的平均值與其額定初撐力的比值為 35.87%，統(tǒng)計(jì)得出的工作面液壓支架最大初撐力為 27.65MPa，其與該支架額定初撐力比值為 92.17%，由下圖1工作面實(shí)測(cè)初撐力分布比例圖可知：實(shí)測(cè)支架初撐力最大值占整個(gè)支護(hù)阻力區(qū)間的 3.31%。由此可以證明，支架初撐力適合工作面的強(qiáng)度需求。

圖1　實(shí)測(cè)初撐力分布區(qū)間

4.2支架循環(huán)末工作阻力評(píng)價(jià)

對(duì)于整架來講，循環(huán)末工作阻力平均值為18.02Mpa,循環(huán)末工作阻力平均值與額定工作阻力的比值為46.33%；最大循環(huán)末工作阻力為33.11MPa，工作面實(shí)測(cè)支架循環(huán)末工作阻力最大值與該支架額定工作阻力比值為85.13%，由圖2實(shí)測(cè)支架循環(huán)末阻力分布區(qū)域可知：實(shí)測(cè)循環(huán)末工作阻力最大值占整個(gè)支護(hù)阻力區(qū)間的5.05%，由此可見，在此工作面該型號(hào)支架是完全適合支撐工作面頂板。

圖2　循環(huán)末工作阻力實(shí)測(cè)值分區(qū)區(qū)間圖

4.3時(shí)間加權(quán)平均工作阻力評(píng)價(jià)

通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，該液壓支架時(shí)間加權(quán)平均工作阻力的平均值為14.6MPa，其平均值與該支架的額定工作阻力比值37.54%，其最大時(shí)間加權(quán)平均工作阻力為29.53MPa，其最大值與額定工作阻力的比值為75.91%，由圖3可知：在13180工作面采用四柱式型號(hào)支架支撐頂板是滿足頂板支護(hù)強(qiáng)度需要的。

圖3　時(shí)間加權(quán)平均阻力實(shí)測(cè)值分布區(qū)間

5　結(jié)論

本次礦壓監(jiān)測(cè)選擇在耿村煤礦13180工作面中進(jìn)行。通過對(duì)13180工作面礦壓監(jiān)測(cè)，獲得該工作面初次來壓步距和周期來壓步距，并對(duì)支架的適應(yīng)性進(jìn)行了分析，從而為煤礦安全生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。得出的主要結(jié)論如下：

（1）工作面直接頂初次垮落步距為13m～17m，懸頂距為0m，直接頂?shù)目迓浞绞綖橹苯涌迓洌换卷敵醮蝸韷翰骄?7m～21m，平均為18.795m，周期來壓步距5.2m～20.1m，平均為8.505m，來壓強(qiáng)度緩和。

（2）對(duì)于整架來講，初撐力平均值為10.76MPa，初撐力平均值與額定初撐力的比值為35.87%；循環(huán)末工作阻力平均值為18.02MPa，循環(huán)末工作阻力平均值與額定工作阻力的比值為46.33%；時(shí)間加權(quán)平均工作阻力平均值為14.6MPa，時(shí)間加權(quán)平均工作阻力平均值與額定工作阻力的比值為37.54%。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿獻(xiàn)文.礦山壓力控制技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2002.

[2]王家臣.厚煤層開采理論與技術(shù)[M].北京：北京冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]錢鳴高,劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1984.

[4]周楚良.礦上壓力實(shí)測(cè)技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1987.

作者信息：盧紅旗（1976—），男，河南濟(jì)源人，學(xué)士，工程師，現(xiàn)從事沖擊地壓防治技術(shù)管理及研究工作。