魏墻煤礦1301工作面初采初放期間礦壓顯現規律實測與分析

摘 要：為了掌握魏墻煤礦1301工作面初采初放期間礦壓顯現特征，通過采用KJ508型礦山壓力監測系統以及支架壓力表等礦壓監測設備對該工作面支架載荷進行實測和分析，揭示了該工作面初采初放期間礦壓顯現規律。結果表明：老頂初次來壓步距最小為43.65m，最大為57.85m，平均為50.75m。支架來壓期間平均循環末阻力為額定工作阻力的81.9%，表明來壓期間支架工作阻力仍存在較大的富余量。該觀測結果為魏墻煤礦后續工作面的安全回采提供基礎資料和設計依據。

關鍵詞：首采面；初采期；礦壓規律

魏墻煤礦1301工作面是該礦的首采面，由于無可以借鑒的經驗，因此，很有必要對該工作面初采初放期間的礦壓顯現規律進行實測和分析，用以掌握該盤區覆巖破壞運動規律，指導支架合理工作阻力的設計和頂板管理，從而保證工作面的安全高效回采，并為后續工作面安全開采提供參考[1-2]。

1工作面條件概述

1.1地質條件

1301工作面位于一盤區西翼開拓大巷南部，為礦井首采工作面，南至井田邊界，西部為未開采區，東至包茂高速引道保護煤柱邊界。該工作面煤層傾角平均小于5°。頂底板巖性如表1所示。

1.2生產條件

該工作面開采3#煤層，最大厚度為3.32m，最小厚度為3.13m，平均厚度為3.2m，工作面走向長度為2114m，傾斜長度為300m。

工作面共布置176架支架，其中，中間架（ZY10000～20/38D）型為167架，過渡支架（ZYG10000～20/38D）型為2架，端頭支架（ZYT10000～20/38D）型為7架，機頭3架，機尾4架。其中，ZY10000～20/38D型兩柱支撐掩護式支架的主要技術參數如表2所示。

在回采過程中采用及時支護，一般情況下移架滯后采煤機后滾筒3～5架，在頂板破碎的時候，可以采用帶壓拉架的方式，當工作面頂板嚴重破碎的時候，必須割一架然后停機伸出伸縮梁或者拉架管理好頂板，然后開機割另一架。

2觀測方案和設備

工作面支架載荷的變化反映了頂板的活動規律，在工作面推進過程當中，分別采用KJ508型礦山壓力監測系統以及支架立柱上面的壓力表等礦壓監測設備進行支架工作阻力的監測，并將兩者的數據進行交叉驗證，以保證礦壓數據的準確性[3]。其中，KJ508型礦山壓力監測系統安置了3臺主站共9個監測點，分別對應工作面上部（40#、41#、42#），中部（90#、91#、92#）以及下部（140#、141#、142#）支架，支架壓力表主要監測43#、44#、45#、93#、94#、95#、143#、144#、145#等9個支架壓力數據，同時觀測每個測區處煤壁的片幫、端面冒落、安全閥開啟等宏觀礦壓顯現情況，從而掌握工作面不同部位以及整個工作面的礦壓顯現情況。1301工作面礦壓觀測測點布置如圖1所示。

3礦壓觀測結果分析

3.1初次來壓觀測分析

由于在1301工作面初采初放期間，KJ508在線監測系統數據傳輸采用無線傳輸，系統很不穩定，故導致部分測點數據時有時無，很不完善，故本次礦壓觀測重點分析40#、41#、90#、91#、140#、141#等6架支架壓力數據。

圖2為工作面40#、41#、90#、91#、140#、141#支架工作阻力隨工作面推進時間的變化曲線圖。分析圖2以及結合現場宏觀礦壓顯現情況分析可知，工作面機頭部分（40#～45#）從12月10日頂板開始來壓，一直持續到12月13日來壓結束，工作面累計推進43.65m，來壓持續長度為15m；中間部分（90#～95#）從12月10日頂板開始來壓，一直持續到12月17日來壓結束，工作面累計推進57.85m，來壓持續長度為23m；機尾部分（140#～145#）從12月12日頂板開始來壓，一直持續到12月16日來壓結束，工作面累計推進51.25m，來壓持續長度為18m。因此，可得出1301工作面老頂初次來壓步距最小為43.65m，最大為57.85m，平均為50.75m，來壓持續長度平均為18.6m。

3.2初次來壓關鍵層判別

采用中國礦業大學綠色開采與巖層移動課題組許家林教授研發的KBS關鍵層判別軟件對1301工作面頂、底板巖性進行判別，判別結果如下圖3所示。

由圖3紅色橢圓形圈定的判別結果可知，1301工作面老頂初次破斷距最小為46.2m，最大為53.89m，平均為50.05m，與現場觀測結果基本吻合。

3.3初次來壓動載系數分析

動載系數是指老頂來壓期間支架平均工作阻力與非來壓期間平均工作阻力的比值，是評價頂板來壓劇烈程度的重要指標之一。工作面老頂初次來壓期間動載系數統計結果如表3所示。

由表3可知，老頂初次來壓動載系數最小為1.10，最大為1.31，平均為1.20，老頂初次來壓期間動載系數平均較小，表明該工作面老頂初次來壓顯現不明顯。

4支架適應性分析

4.1支架初撐力分析

支架初撐力的大小，對控制頂板下沉和管理頂板有直接關系，因此必須保證支架有足夠的初撐力[4-5]。而根據觀測數據分析支架初撐力的實際大小對于評價支架的支護性能具有重要作用。因此，通過對觀測期間支架的實際初撐力進行統計分析，得出該時間段內整個工作面對應不同位置支架實際初撐力的平均值，統計結果如表4所示。

由表4可知，工作面觀測期間支架的實際平均初撐力為3788/KN，約為支架額定初撐力的47.88%，表明支架在實際操作中很不規范，導致支架實際初撐力偏低，不利于頂板的管理。

4.2初次來壓期間壓力分析

老頂初次來壓期間支架平均循環末阻力統計結果如表5所示。

由表5可知，工作面上部（40#、41#）平均值為8615KN，中部（90#、91#）平均值為8267KN，下部（140#、141#）平均值為7689KN，總平均為8190KN，約占支架額定工作阻力的81.9%，說明在老頂初次來壓期間支架工作阻力仍有一定的富余量。

5結論

（1）根據觀測結果分析可知，1301工作面老頂初次來壓步距最小為43.65m，最大為57.85m，平均為50.75m，與KBS關鍵層判別軟件判別的結果基本吻合。

（2）支架的實際平均初撐力為3788kN，約為支架額定初撐力的47.88%，表明支架實際初撐力偏低，不利于回采工作面頂板管理。

（3）老頂初次來壓期間支架平均循環末阻力為額定工作阻力的81.9%，說明在老頂初次來壓期間支架工作阻力仍有一定的富余量。

參考文獻：

[1]史元偉.采煤工作面圍巖控制原理和技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[2]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[3]劉培紅，王剛.礦壓監測系統在綜采工作面得應用[J].煤，2003，12（1）：39-39.

[4]劉杰，宋金旺.塔山礦復雜特厚煤層綜放首采面礦壓規律[J].煤炭科學技術，2008，36（10）：29-31.

[5]史元偉.液壓支架初撐力及工作阻力確定.煤炭學報，1985（9）.

作者簡介：劉全輝（1985--）男，漢族，陜西西安人，中國礦業大學礦業工程碩士研究生畢業，工程師，現主要從事采礦工程、技術管理方面的研究。