大采高綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架合理性研究

王曉磊 李海杰

摘 要：為了研究大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，以伊泰集團(tuán)納林廟煤礦一號(hào)井326-04綜采工作面的生產(chǎn)實(shí)踐為工程背景，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)礦壓實(shí)測(cè)，通過(guò)理論計(jì)算并對(duì)工作面礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，得出工作面基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓和周期來(lái)壓步距，并做出采面基本頂?shù)姆旨?jí)類別；又通過(guò)分析一段時(shí)期內(nèi)工作面液壓支架的初撐力和循環(huán)末阻力情況，對(duì)工作面液壓支架適應(yīng)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，分析結(jié)果表明，該工作面選用的液壓支架比較合理，能夠適應(yīng)頂板來(lái)壓及地質(zhì)條件變化的影響，滿足工作要求。

關(guān)鍵詞：大采高；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；周期來(lái)壓；初撐力；循環(huán)末阻力

0引言

大采高綜采技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，已經(jīng)取得可喜的成績(jī)。越來(lái)越多的大采高綜采工作面的出現(xiàn)，人們對(duì)大采高綜采面的礦壓規(guī)律顯現(xiàn)研究也得到了進(jìn)一步的深入[1-3]。

本文根據(jù)伊泰納林廟礦一號(hào)井326-04工作面的開(kāi)采實(shí)踐，對(duì)該地質(zhì)條件下礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及特征進(jìn)行研究。

1工程地質(zhì)及工作面開(kāi)采概況

伊泰煤炭股份有限公司納林廟煤礦位于東勝煤田東南部，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)。326-04綜采工作面位于伊泰納林廟礦一號(hào)井單水平開(kāi)拓水平三分區(qū)采區(qū)，該工作面走向長(zhǎng)度2818m，傾向長(zhǎng)度241m，煤層傾角為2o。

工作面直接頂厚度為12m，組成直接頂?shù)膸r層層數(shù)為1，直接頂屬于3類直接頂。工作面采用長(zhǎng)臂采煤法，屬于單一走向長(zhǎng)臂采煤法，采高5.8m，采煤方式為綜采，頂板處理方式為垮落法，工作面選用ZY13000/28/63兩柱式液壓支架支護(hù)。

2綜采工作面礦壓實(shí)測(cè)與分析

2.1 礦壓觀測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)采集

工作面采用KBJ-60Ⅲ型綜采支架壓力記錄儀連續(xù)測(cè)量和采集監(jiān)測(cè)支架的工作阻力數(shù)據(jù)。在326-04綜采面共設(shè)置15個(gè)支架工作阻力監(jiān)測(cè)站，共15臺(tái)支架工作阻力測(cè)力儀，分上、中、下三個(gè)測(cè)區(qū)，其中上部測(cè)區(qū)對(duì)2#、12#、22#、32#、42#支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)，中部測(cè)區(qū)對(duì)52#、62#、72#、82#、92#支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)，下部測(cè)區(qū)對(duì)102#、112#、122#、132#、142#支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

工作面支架安裝完畢后，利用KBJ-60Ⅲ型礦用數(shù)字壓力計(jì)測(cè)量測(cè)點(diǎn)的壓力，并把測(cè)得的數(shù)據(jù)連續(xù)記錄在壓力計(jì)內(nèi)，然后使用數(shù)據(jù)采集器定期對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集的數(shù)據(jù)攜帶至井上后通過(guò)適配器將數(shù)據(jù)傳送到PC計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)處理的數(shù)據(jù)就能全面分析綜采面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。

2.2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

2.2.1 頂板來(lái)壓步距判斷

為了研究方便，搜集典型數(shù)據(jù)，選取326-04綜采工作面正常推進(jìn)期間90天的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)，92-510m范圍內(nèi)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為代表進(jìn)行分析。利用工作面支架阻力測(cè)力儀所測(cè)阻力隨工作面推進(jìn)步距關(guān)系曲線來(lái)推斷頂板來(lái)壓步距，測(cè)站部位頂板初次來(lái)壓步距。可以得出：

（1） 2#、12#、22#、32#、42#液壓支架所代表的工作面上端頭基本頂初次來(lái)壓步距平均為58m；52#、62#、72#、82#、92#液壓支架所代表的工作面中部基本頂初次來(lái)壓步距平均為20.075m；102#、112#、122#、132#、142#液壓支架所代表的工作面下端頭基本頂初次來(lái)壓步距平均為33.7m。326-04綜采工作面基本頂初次來(lái)壓步距為37.258m。

（2） 工作面上端頭周期來(lái)壓步距最大為173m，最小為0m，平均為23.2m；中部周期來(lái)壓步距最大為150m，最小為0m，平均為8.03m；下端頭周期來(lái)壓步距最大為139m，最小為0m，平均為13.48m。整個(gè)工作面基本頂周期來(lái)壓步距平均為14.91m。

2.2.2 工作面基本頂分級(jí)判斷

基本頂初次來(lái)壓當(dāng)量計(jì)算公式[4]為：

式中Lf——基本頂初次來(lái)壓步距，取37.258m；

N——直接頂充填系數(shù)， ，取2.07；

hi ——直接頂厚度，取12m；

hm——工作面采高，取5.8m。

經(jīng)計(jì)算，基本頂初次來(lái)壓當(dāng)量為1145.986kPa，大于基本頂分級(jí)指標(biāo)中1145kPa。按照中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》中“工作面基本頂分級(jí)指標(biāo)”，又結(jié)合來(lái)壓時(shí)工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，初步判斷屬于Ⅳb級(jí)來(lái)壓非常強(qiáng)烈的基本頂。

3支架適應(yīng)性分析

3.1 支架合理支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算

按照中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》 （MT554-1996） 附錄D“頂板分類對(duì)液壓支架額定支護(hù)強(qiáng)度的要求”，可確定支架支護(hù)強(qiáng)度下限。

基本頂初次來(lái)壓當(dāng)量為1145.986kPa，采高為4m時(shí)基本頂額定支護(hù)強(qiáng)度下限為1.09kPa，由于326-04工作面煤層采高為5.8m，因此建議支架的支護(hù)強(qiáng)度下限應(yīng)不小于1.1kPa。

又根據(jù)《緩傾斜煤層采煤工作面頂板分類》 （MT554-1996）附錄D中各級(jí)基本頂額定支護(hù)強(qiáng)度下限公式可計(jì)算液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度下限為：

式中：Bc——控頂寬度，取1.2m；

CK——備用系數(shù)，Ⅳa級(jí)基本頂取1.2-1.3，Ⅳb級(jí)基本頂取1.4-1.6。

則Ps=1243.77（kPa），故確定支架支護(hù)強(qiáng)度為1243.77kPa。該工作面選用型號(hào)為ZY13000/28/63兩柱式掩護(hù)支架，額定支護(hù)強(qiáng)度為1.36MPa，故工作面液壓支架能滿足支護(hù)強(qiáng)度要求。

3.2 支架工作阻力評(píng)價(jià)

各支架平均初撐力在24.08-26.53MPa之間，平均為25.41MPa，占額定初撐力的84.7%，并且各個(gè)支架初撐力利用率都在80%以上，說(shuō)明初撐力利用率較高，可見(jiàn)支架初撐力滿足要求。

總體而言，選用型號(hào)為ZY13000/28/63的雙柱掩護(hù)式支架，能夠滿足326-04工作面生產(chǎn)要求。

4結(jié)論

通過(guò)以上分析得出以下結(jié)論：

（1） 通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)分析，掌握了大采高綜采面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，得出326-04工作面基本頂存在明顯的初次來(lái)壓和周期來(lái)壓，基本頂初次來(lái)壓步距為37.258m，基本頂周期來(lái)壓步距平均為14.91m。

（2） 根據(jù)工作面基本頂分級(jí)指標(biāo)公式，結(jié)合有關(guān)規(guī)律參數(shù)及工作面現(xiàn)場(chǎng)情況，得出判斷屬于Ⅳb級(jí)來(lái)壓非常強(qiáng)烈的基本頂。

（3） 所選支架初撐力利用率較高，整架循環(huán)末阻力發(fā)揮程度稍欠佳，中部部位頂板壓力較大。總的來(lái)講，326-04工作面選用ZY13000/28/63雙柱掩護(hù)式支架適應(yīng)性較好，能夠滿足工作面生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

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[4]錢鳴高，石平五. 礦山壓力與巖層控制[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：

王曉磊（1987-），男，河南省襄城縣人，碩士研究生，主要從事煤礦開(kāi)采與巷道支護(hù)方面的研究。