龍泉煤礦4201首采工作面礦壓規律研究

摘要：龍泉煤礦是太原煤炭氣化（集團）有限責任公司的新建主力礦井之一，首采工作面為4201工作面。文章對4201工作面的礦壓規律進行了長期觀察，并將有關資料進行歸納分析總結。龍泉煤礦頂板運動規律的掌握，為該礦合理組織生產、實行科學管理頂板、實現安全高效生產提供了理論依據。

關鍵詞：龍泉煤礦；礦壓規律；周期來壓；頂板管理；首采工作面 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD353 文章編號：1009-2374（2015）10-0171-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0936

龍泉煤礦是太原煤炭氣化（集團）有限責任公司的新建礦井之一，礦壓規律沒有參考資料和現實依據。為了科學合理安全高效地開采煤炭資源，必須熟知該礦礦壓規律并合理利用規律組織生產，實行科學管理頂板，實現安全高效生產。

1 首采工作面基本概況

龍泉煤礦首采面平均厚度6.47m，采用綜采放頂煤開采技術進行開采。首采面4201工作面4#煤層頂板為灰白色中粒砂巖，石英為主，含長石及暗色礦物，分選磨園差，泥質膠結。底部為泥巖，含植物葉片化石。4#煤強度較低，普氏系數小于1，煤層自燃傾向為Ⅱ級，屬于自燃煤層。

2 礦壓觀測的目的

（1）利用上覆巖層隨工作面推進時的運動規律為綜采工作面的安全、優質、節能、高產、高效創造良好條件；（2）對正在使用的液壓支架適應性進行考察；（3）對礦壓進行觀測有利于該礦瓦斯治理；（4）通過對龍泉煤礦的礦壓觀測，掌握4201綜放工作面開采的一系列礦壓顯現規律，為該面和后續回采工作面管理提供一定的技術參考以及為接替回采工作面的優化設計提供一定的技術依據。

3 頂板來壓步距判定

以工作面的推進度為橫坐標，以支架的工作阻力的統計平均值為縱坐標，繪制支架工作阻力隨推進度變化的曲線。

以實測阻力平均值（）加其一至二倍均方差

（）作為頂板來壓的判據（），并以實測曲線中支架阻力大于為主，確定頂板的來壓性質、位置和順

序。即：

基本頂來壓的判別準則：

式中：

——工作阻力來壓判定值

——支架的工作阻力平均值

——支架的工作阻力的均方差統計值

4 礦壓監測設備

4.1 設備簡介

4201工作面支架載荷和巷道礦山壓力顯現監測設備，采用尤洛卡礦業安全股份有限公司生產的KJ216煤礦頂板動態監測系統。該系統是主要對綜采支架工作阻力等礦山壓力顯現進行監測。系統將計算機監測技術、數據通訊技術和傳感器技術融為一體。實現了復雜環境條件下采場礦山壓力運移規律等的在線監測，對可能的頂板災害進行預測預警。

該設備具有操作簡單、界面友好的特點，可以自動將液壓支架的受力狀態收集，并根據用戶要求自動計算時間加權平均值。用戶只需根據實際情況輸入每日工作面的推進度，該軟件便可自動繪制支架壓力曲線。但是該設備也有一定的缺點，例如對機頭機尾支架的測力不夠準確、工作面長時間停產也會影響測量數據的準確性，因此我們在實際使用過程中應該剔除這些誤差較大的數據。

4.2 監測設備的安裝

4201工作面開采煤層平均厚度6.47m，液壓支架是鄭煤機生產的四柱掩護式放頂煤液壓支架，工作面傾斜長250m，工作面支架為147架，其中排頭架ZFG13000/28/43共3架、排尾架ZFG13000/28/43共4架、端頭架ZT20000/28/45共2架、中間支架ZF10000/22/43共138架。液壓支架設置有壓力和位移傳感器、電磁閥，可以實現手動和聯動動作，具有支護阻力大、操作方便的特點。其中，布置監測儀器的支架共計29架，分別在2#、32#、37#、42#、44#、77#、82#、92#、97#、127#、132#、137#、141#、142#支架布置壓力監測分機，對工作面回采期間的頂板來壓對工作面支架工作阻力情況進行連續監測。

5 頂板活動規律

一般而言，工作面頂板活動情況主要是通過支架的工作阻力來判斷。判定方法首先是確定來壓步距，再確定來壓強度、動載系數等。通過對液壓支架工作阻力的觀測，可以清楚地了解頂板的來壓情況。

特厚煤層開采一次采出厚度增大，圍巖活動范圍必然增大，在相同地質條件下，中厚煤層開采時的基本頂巖層在特厚煤層開采條件下將轉化為直接頂——以“懸臂梁”的形式存在。由于頂板中直接頂的范圍增大，但其又不能形成穩定結構，所以將隨采隨冒的直接頂定義為下位直接頂；上位以“懸臂梁”的形式存在的直接頂定義為上位直接頂。

工作面壓力曲線如圖2至圖16所示，圖中縱向的粗線表示初次來壓，細線表示周期來壓，橫向粗線為來壓判據，虛線為上位直接頂初次跨落。

6 結語

當工作面推進24.1m左右時，工作面礦壓顯現明顯但不強烈，此時的來壓可認為上位直接頂“懸臂梁”結構的初次跨落。基本頂初次來壓步距均值為41.53m，平均周期來壓步距為11.0m。

作者簡介：劉水華（1986-），男，山西襄垣人，太原煤炭氣化（集團）有限責任公司生產技術管理部助理工程師，研究方向：煤礦采掘技術管理。

（責任編輯：王 波）