大采高工作面的礦壓顯現規律分析

劉月文

（大同煤礦集團 同發東周窯煤業有限公司，山西 大同 037101）

1 工作面的概況

三道溝煤礦工作面沿煤層傾向布置，工作面順槽沿煤層走向布置，工作面布置了一條膠運順槽和一條回風順槽。工作面煤層厚度平均6.6 m。內煤層地質構造簡單，層內發育寬緩的波狀起伏。工作面預計正常涌水量1 m3/h，最大涌水量3 m3/h，突水量68 m3/h。工作面頂底板情況，如表1所示。

表1 煤層頂底板情況表

2 工作面支架的工作阻力觀測

經對工作面現場礦壓觀測，掌握工作面頂板活動規律，了解工作面支架工作狀況、初次及周期來壓步距等情況，獲得大采高工作面開采的礦壓顯現規律。

2.1 觀測儀器及布置方案

工作面支架阻力采用ZYDC-3型支架壓力自測儀，在線測定支架工作阻力與活柱縮量。工作面全長設3個測區。第一測區設在5號、6號架；第二測區設在工作面中部的72號、73號、74號、75號架；第三測區設在143號、144號架。每個液壓支架上安裝一塊雙通道在線傳輸壓力監測記錄儀，一個孔接在左立柱上，一個孔接在右立柱上；活柱縮量傳感器安裝在右立柱上。每一臺測壓儀同時記錄液壓支架的工作阻力和活柱縮量。采樣周期為5 min，用數據采集儀每兩天采集一次，到地面輸入計算機進行數據處理分析。工作面測點布置，見圖1。

圖1 工作面支架壓力監測儀表布置圖

2.2 工作面礦壓規律實測分析

1）直接頂初次垮落。根據工作面的實際情況，推進初期需要進行人工強制放頂，針對頂板和支架的具體情況，優化爆破參數，使之減小采空區基本頂懸頂的長度，通過初次來壓的強制放頂，滿足老塘冒落支撐點的“給定變形”條件，以保證工作面的安全高效開采。

2）基本頂的初次斷裂及來壓步距。通過持續觀察工作面控制臺安尼德電液控制監測支架右立柱壓力，監測數據顯示此期間支架壓力一直維持在27 MPa左右，煤機過后壓力上升速度緩慢，期間頂板壓力不大。工作面推進至71.8 m以前，支架載荷上升明顯。5月31日早班生產期間，工作面支架壓力顯著上升，有明顯片幫現象，此時工作面初次來壓，推進3 m左右后來壓結束，工作面步距約75 m。

3）周期來壓。①來壓特點分析：工作面采用支架壓力和支架活柱縮量(頂板位移)同時監測的儀器，中部測區4個測點支架壓力與活柱縮量數據，如表1-表4所示。從表可以看出，在7月2日17時53分后壓力突然降低，同時支架的活柱縮量增加30 mm，此時支架發生突然卸載，支架發生反彈，并在臨近的測點，73號、74號、75號支架同時出現了相同的壓力變化情況。由表看出，三道溝煤礦淺埋厚煤層采全高的壓力顯現特點：支架在每個來壓周期首先壓力緩慢持續增加，當上部巖石碎裂以后，由于支架的工作阻力設計較大，沒有對支架產生沖擊，即支架沒有深埋煤層的壓力顯現特點，沒有壓力激增、活柱下縮的過程，相反由于上部巖石碎裂時支架所受巖石總荷載減小，使得支架工作阻力減小，支架發生反彈，活柱縮量增加。②周期來壓步距：由于工作面長295 m，各測站所測定的周期來壓是不同步的，分析周期來壓主要是依據中部測區4個測點的數據。根據以上礦壓顯現特點，從2012年6月30日至2012年7月31日工作面測壓儀顯示的數據分析，在此時間段共有11次來壓過程，各周期來壓時間及步距如表5所示。根據以上分析初步判定工作面的基本頂來壓周期為17.5～25.8 m，平均22.7 m。③工作面支架工作阻力分析：實測10組液壓支架工作阻力最大值如表6所示。表中P0為支架初撐力，Pm為支架工作最大阻力、Pt為支架時間加權平均阻力。據表分析，初撐力平均值12 838 kN，為額定值的83.04%，分布在12 000～15 000 kN之間的占69.9%，最大值16 400 kN；最大工作阻力平均值13 412 kN，為額定值的74.5%，分布在12 000～16 000 kN之間的占70.6%，最大值14 500 kN；時間加權平均阻力平均值11 849 kN，為額定值的65.83%，分布在12 000～15 000 kN之間的占70.5%，最大值16 590 kN，相當于額定阻力的92.26%。

表1 72號支架壓力與活柱縮量變化表

表2 73號支架壓力與活柱縮量變化表

表3 74號支架壓力與活柱縮量變化表

表4 75號支架壓力與活柱縮量變化表

3 結論

實測結果表明，工作面初次來壓步距75 m，周期來壓步距約22.7 m，支架初撐力平均值12 838 kN，為額定值的83.04%；最大工作阻力平均值13 412 kN，為額定值的74.5%，時間加權平均阻力平均值11 849 kN，為額定值的65.83%。