復雜弱結構頂板綜采工作面礦壓顯現規律研究

于　鵬（肥城曹莊煤礦有限公司,山東　肥城　271608）

復雜弱結構頂板綜采工作面礦壓顯現規律研究

于鵬
（肥城曹莊煤礦有限公司,山東肥城271608）

摘要：針對工作面地質狀況，研究了礦壓顯現規律監測方法，得出礦壓顯現規律，較好地指導了生產。

關鍵詞：弱結構頂板;綜采工作面;礦壓顯現規律

1　工作面基本概況

我礦煤層埋藏深，區域內斷裂結構分布較多，造成了煤層賦存很不穩定。煤層平均厚度2.98m，煤層結構較簡單；直接頂為細砂巖，；煤層傾角平均19°，采用單一走向長壁后退式綜合機械化采煤工藝，一次采全高，全部垮落法管理頂板，工作面布置56架ZZ6200/17/38型支撐掩護式支架。

2　現場礦壓觀測的內容

（1）工作面礦山壓力分布規律，初次來壓和周期來壓步距觀測及分析；

（2）工作面支架初撐力及工作阻力的觀測及分析；

3　礦山壓力分布規律

3.1支架壓力

實測方案為：在工作面5號、35號、50號支架前后支柱分別安設一臺YHY60礦用本安型壓力監測儀，記錄工作面推進過程中支架前后支柱的壓力變化情況，通過綜采數據處理分析系統自動繪制支架壓力參數變化曲線，測站布置如圖1。

圖1　礦壓觀測測站布置示意圖

3.2工作面支架工作阻力實測

實測工作面支架初撐力平均值為2774.5kN/架，大于平均值的占53%，初撐力平均值與額定初撐力（5232kN/架）的比值為53.03%；實測最大初撐力為5075kN/架，為額定初撐力的97%。

實測支架工作阻力平均值為3604kN/架，其中大于2774.5kN/架的占75.26%，實測平均工作阻力最大值（5366.5kN/架）與額定工作阻力（5818kN/架）比值為92.24%。實測最大工作阻力為5632.2kN/架，為額定工作阻力的96.81%。由此判斷所選ZZ6200/17/38型支撐掩護式支架在3505工作面條件下，能夠很好地支撐頂板，工作阻力有較大的富裕系數。

3.3工作面支架工作阻力隨推進度變化規律

現場實測數據統計結果表明：支架前立柱的壓力一般在25～35MΡа，后立柱的壓力一般在20～25MΡа，支架的前立柱阻力普遍大于后立柱阻力，支架前后立柱受力不均衡，前立柱阻力為后立柱的1.25～1.75倍。

3.4工作面支架工作阻力沿工作面方向分布規律

根據對5號、35號、50號支架三條測線上支架受力情況的實測，得出工作面沿傾斜方向應力分布規律為：工作面兩端支架荷載小于中部支架荷載，上端支架荷載小于下端支架荷載。工作面來壓期間煤壁片幫主要集中在30-50號支架，表明工作面中部荷載較大，礦壓顯現比較明顯；下端壓力大于上端壓力是由于工作面煤體較軟、頂板較破碎、隨采隨垮造成的。工作面中部頂板受力最大，率先發生垮落，所以工作面中部支架維護是日常管理的重點。

3.5工作面礦山壓力分布規律

由觀測看出，工作面5號、35號、50號支架三條測線初次來壓步距分別為35.5m、31.1m、32.4m，平均為33.0m；周期來壓步距分別為5.8m、4.5m、4.8m，平均為5.0m。

根據觀測數據可知，頂板來壓時動壓系數均在1.35以下。總體認為，3505工作面周期來壓步距較小，礦壓顯現不劇烈。分析認為，頂板來壓不明顯的原因有3個：一是支架的額定初撐力較高，支護質量保持了較高水平；二是回采過程中，采空區及時被垮落的矸石填實，沒有形成大面積的懸頂，上覆巖層規則垮落帶中形成的砌體梁平衡結構，距離采場較遠；三是工作面煤體硬度系數較低，煤體受到壓力之后松軟變形，頂板壓力集中點向前方煤體轉移。

4　工作面超前支承壓力分布規律

4.1應力監測系統工作原理

工作面超前支承壓力分布特征應用應力監測系統測量，系統由應力傳感器和數據采集器組成，傳感器由液壓枕、不銹鋼油管及顯示器等組成。經過變送器電路轉換成數字信號輸出，傳感器內置變送器和數據接口，可實現信號傳輸。

4.2工作面超前支承壓力實測

測站布置在3505切眼前方150m軌道順槽煤體內，共設5個觀測孔。

由觀測數據看出:受工作面采動影響，工作面前方15～20m范圍為超前微弱影響階段，15m范圍內為超前強烈影響階段；應力集中系數均值為1.9。根據對工作面兩順槽超前影響范圍的分析，并考慮1.5的安全系數，工作面前方30m順槽范圍內應進行超前支護。

5　結語

（1）綜采面支架受力狀況普遍較好，但前支柱載荷多大于后支柱載荷，為保證前后支柱受力的均衡性，應加快工作面推進速度。

（2）來壓期間，煤壁有輕度片幫，工作面中下部尤為明顯，應采取一些針對性措施，加強這些部位的頂板管理。

（3）來壓期間，支架動壓系數均在1.35以下，礦壓顯現不劇烈。ZZ6200/17/38型支撐掩護式支架工作阻力在3505綜采面有較大的富裕系數，滿足工作面支護要求。

作者簡介：于鵬（1977-），男，畢業于山東科技大學采礦專業，現就職于肥城曹莊煤礦有限公司從事專業技術工作。