綜采工作面礦壓顯現規律分析研究

趙高升 尚成軍

（安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦，安徽 淮北 235123）

頂板災害是煤礦五大災害之一，僅次于瓦斯災害，居第二位。預測預防頂板災害是煤礦安全生產中必不可少的環節之一。礦壓觀測能夠第一時間掌握井下實際情況，便于及時采取有效措施，做到防患于未然。

安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦7257工作面，采用計算機礦壓在線監測系統對頂板壓力進行系統的分析和研究，掌握了工作面推進速度與周期來壓步距的關系以及該工作面液壓支架的工作狀態，從而優化采煤工藝參數，達到了預期的目的，收到了良好的效果。對有效解決類似條件下采面支架選型、防片幫、冒頂、改進采煤方法和回采面高效安全生產具有指導意義。

1 7257工作面基本情況

1.1 工作面概況

7257工作面為礦井中五采區首采面。該面西南至F7斷層保護煤柱線；東至F5斷層保護煤柱線；該面上限以風巷（標高-350.7～ -560.2m）為界，下限以機巷（標高-393.7～ -619.5m）為界，北至設計收作線，南至切眼，走向長1967～2013m，平均1990m；傾斜寬115～205m，平均202m；斜面積約415225m2。

1.2 頂底板情況

直接頂：淺灰～灰色泥巖，含植物化石。平均厚度2.00m，單向抗壓強度為10.62～14.53MPa，平均為12.57MPa。

基本頂：灰～深灰色細砂巖，細粒結構，塊層狀構造，成分以石英為主，鈣質膠結，性較硬，具水平層理。平均厚度4.15m，單向抗壓強度平均為46.3MPa。往上為泥巖。

底板：灰～深灰色泥巖及73煤，泥巖厚0～8.74m，平均厚4.63m，泥質結構，含植物化石碎片。單向抗壓強度平均為14.81MPa。

1.3 工作面支護

頂板管理方法：采用全部垮落法管理頂板。工作面配置138架液壓支架，對工作面頂板實行全支護法管理。工作面基本支護規格見表1。

1.4 支架壓力觀測方法及測點布置

工作面安裝KJ21礦山壓力監測系統，共設置15架工作阻力測點。礦壓測點布置見圖1。

圖1 礦壓測點布置圖

表1 工作面基本支護規格表

2 工作面礦壓規律分析

2.1 頂板來壓分析

頂板來壓分析以支架每天最大（加權平均）工作阻力的平均值與其均方差之和作為判斷頂板來壓的主要指標。數據計算的公式為：

式中：

σp-每天最大（加權平均）阻力平均值的均方差；

n-實測天數；

Pti-每天實測最大（加權平均）工作阻力；

2.2 頂板周期來壓分析

7257綜采面基本頂周期來壓步距見表2。工作面周期來壓步距6.6～17.7m，平均約為11.3m。工作面下部支架來壓不明顯。

基本頂周期來壓動載系數見表3。工作面基本頂周期來壓動載系數為1.20～3.60，平均約為1.88。

2.3 支架工作阻力分布

7257工作面支架工作阻力頻率分布見圖2所示。

支架工作阻力分布整體上呈正態分布趨勢。從表中可以看出，支架工作阻力在6000kN以內各區間內分布較均勻。從單個支架來看，部分支架工作阻力處于低工作阻力區間比例較大，或者處于高工作阻力區間比例較大的情況。

表2 基本頂周期來壓步距

表3 基本頂周期來壓動載系數

圖2 支架工作阻力頻率分布表

2.4 支架初撐力分布

支架初撐力的大小直接影響到對工作面頂板的支護安全性，如果過小會使支護的安全系數降低，造成工作面頂板發生離層，隨著工作面推進離層的累積，容易發生工作面切頂，同時，一旦頂板來壓過大會導致立柱迅速下降，容易發生事故，而且初撐力過小也會使礦壓監測的數據失去準確性。

為了分析工作面支架初撐力的合理性，采取了數理統計方法分析了初撐力的分布區間，如表4所示。

表4 支架初撐力頻率分布統計表 （單位：%）

表5 支架初撐力統計

由表5可知，工作面的平均初撐力為2200kN，占支架額定初撐力5067kN的43.42%。由表4可知，支架初撐力超過80%額定初撐力的只有3.4%，由此可見，整個工作面支架的初撐力偏低。

根據現場觀測，分析初撐力偏小的原因主要有：

①供液壓力不夠。在實際生產過程中，為了防止管路破裂，便于工作面支架液壓系統的管理和維護，泵壓往往小于31.5MPa，一般在27～30MPa，即使供液系統的壓力損失為零，液壓支架的初撐力也達不到設計規定。

②管路損失大。液壓系統存在跑、冒、漏、滴或者串漏液現象，主要是由于工作面支架檢修質量差，支架立柱、安全閥維護不到位，失效數量多。

③由于工人主觀因素影響，難以保證支架初撐的必要時間，供液時間短。實際生產過程中，工人為了追機移架，加快支護速度，沒有足夠的時間來保證初撐壓力，支架實際上只是撐到頂梁與頂板開始接觸的地點便停止供液，支架接頂不充分，這是支架初撐力偏低的主要原因之一。

④由于工作面回采時割煤與放煤平行作業，工作面始終是多組支架同時動作，導致主系統壓力短時間內難以達到泵站壓力。

2.5 支架左右柱受力平衡性

7257綜采工作面采用ZY6000-18.5/38型兩柱掩護式液壓支架，支架工作阻力為6000kN，每根立柱的額定工作阻力為3000kN。每個記錄儀有兩個通道，分別監測支架的左柱和右柱，為了所測的數據能充分說明支架立柱受力情況，對各架的左右立柱的平均工作阻力進行了統計，正常推進期間支架左右立柱平均工作阻力統計如表6所示，從表中可以看出，7257工作面支架左右立柱受力比較均勻，左右立柱工作阻力比值的平均值為100.00%，其中最小為130#支架左右立柱平均工作阻力比值86.32%，40#支架左右立柱平均工作阻力比值最大為113.85%。

表6 支架左右立柱平均工作阻力統計表

3 結論

（1）工作面周期來壓步距最大值為17.7m，最小值為6.6m，平均值為11.3m。

（2）支架工作阻力分布整體上呈正態分布趨勢。支架工作阻力在6000kN以內各區間內分布較均勻。部分支架工作阻力處于低工作阻力區間比例較大，或者處于高工作阻力區間比例較大的情況。

（3）工作面支架的平均初撐力為2200kN，支架初撐力超過80%額定初撐力僅占3.40%。

（4）7257工作面支架左右立柱受力比較均勻，左右立柱工作阻力比值的平均值為100.00%，最小比值86.32%，最大為113.85%。