燕子山礦山4號層綜放工作面支架選型 與礦壓規(guī)律分析

賀大偉

(大同煤礦集團(tuán) 云岡礦，山西 大同 037003)

燕子山礦山4號層為新水平延深后的首采煤層，新水平初設(shè)中選擇的采煤方法為綜合機(jī)械化放頂煤采煤法。因礦井在舊水平一直采用一次采全高普通綜采采煤法，所以在綜放開采方面技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，故在山4號層開采的前三個(gè)工作面收集了大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便為后期的生產(chǎn)積累經(jīng)驗(yàn)。本文從山4號層綜放工作面支架選型與礦壓觀測入手，結(jié)合現(xiàn)場使用效果，通過分析前三個(gè)工作面的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終確定了山4號層合理的架型，并且得出了燕子山礦山4號層綜放工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律[1-3]。

1 山4號煤層概況

燕子山礦山4號煤層全厚為5.50～8.40 m，平均厚度7.1 m，含1-5層0.05～0.40 m的夾石，平均厚度0.25 m。煤層大致走向東西，傾向北，傾角為1～5°，煤層蓋山厚度369～433 m，平均401 m，煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2 支架選型及使用效果

2.1 支架選型

新水平初設(shè)中選擇支架型號為ZF10000/25/35型綜采放頂煤液壓支架，按采煤工作面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，工作面支架需要承受的載荷為8倍采高的巖石重加最大厚度的頂煤厚重。山4號層8216首采工作面設(shè)計(jì)傾向長150 m，采高3.2 m，巖石容重2.5 kN/m3，支架最大控頂距6.32 m，以此計(jì)算支架工作阻力是否滿足要求：

頂板壓力Q=8×采高×巖石容重×工作面長

×支架最大控頂距

=(8×3.2×25×150×6.32)

= 606 720 kN

頂煤壓力Q=頂煤最大厚度×煤容重×工作

面長度×支架最大控頂距

=(5.2×1.41×150×6.32)

= 6 951 kN

總壓力Q=頂板壓力Q+頂煤壓力Q

=(606 720+6 951)kN

= 613 671 kN

工作面共安裝100架ZF10000/25/35型支架：

工作阻力F= 10 000×100 kN=1 000 000 kN

可見F>Q，所選支架的工作阻力符合要求。

2.2 使用效果

燕子山礦山4號層首采工作面使用ZF10000/25/35型支架，工作面回采3個(gè)月后，支架構(gòu)件大范圍出現(xiàn)斷裂、開焊，周期來壓時(shí)安全閥大范圍開啟，且開啟頻繁，多次出現(xiàn)支架壓死的情況。雖然ZF10000/25/35型支架工作阻力理論計(jì)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求，卻不能適應(yīng)生產(chǎn)。為避免后續(xù)工作面出現(xiàn)類似支架與工作面圍巖不相適應(yīng)的問題，特在接替工作面8218面穩(wěn)裝前引進(jìn)了ZF12000/22/35型支架，并利用該設(shè)備成功回采8218及8214兩個(gè)綜放工作面，生產(chǎn)期間未出現(xiàn)壓架情況。ZF10000/25/35型和ZF12000/22/35支架使用情況比對見表2。

表2 ZF10000/25/35型和ZF12000/22/35支架使用情況比對

3 礦壓觀測及規(guī)律分析

通過KJ216礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)及礦壓工現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，對8216、8218和8214工作面從初采至回采結(jié)束連續(xù)三年的礦壓顯現(xiàn)情況進(jìn)行深入分析，得出燕子山礦山4號層綜放工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

3.1 初次來壓觀測

初采推進(jìn)9 m后，頂煤開始垮落，推進(jìn)至15～20 m時(shí)，直接頂開始垮落，推進(jìn)至50～60 m時(shí)，老頂開始垮落，即老頂初次來壓步距為50～60 m。

3.2 周期來壓觀測

8216首采面回采時(shí)，周期來壓步距一般在35～45 m，來壓規(guī)律明顯。8218工作面回采時(shí)，受鄰面8216采空區(qū)影響，周期來壓步距一般在25～35 m。8214工作面回采時(shí)，受鄰面8216、8218大采場的臨空壓力影響，工作面周期來壓步距一般在20～30 m。

3.3 周期來壓特征及對策

周期來壓時(shí)，均會(huì)造成工作面煤壁片幫增大，機(jī)道頂板破碎，支架行程縮短，安全閥開啟等現(xiàn)象。工作面頂板下沉，使支架工作阻力迅速增大(由30 MPa迅速上升至40 MPa左右)，當(dāng)阻力達(dá)到支架的額定工作阻力后，安全閥開啟，支架立柱行程開始逐漸縮短，嚴(yán)重時(shí)，造成支架壓死。周期來壓常會(huì)造成工作面機(jī)道頂板破碎，甚至發(fā)生漏頂，從而使支架無法升緊，初撐力不合格。

在工作面周期來壓規(guī)律、顯現(xiàn)明顯的情況下，初撐力是保證工作面頂板完整和正常生產(chǎn)的關(guān)鍵，合格的初撐力可保障工作面周期來壓正常、規(guī)律，易于平穩(wěn)快速地通過周期來壓。因此生產(chǎn)過程中支架工要養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，保證支架初撐力合格。若遇到大面積來壓對工作面的正常推進(jìn)造成嚴(yán)重影響時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整頭尾的推進(jìn)度，調(diào)斜以便使工作面分段來壓，減弱大面積來壓對工作面的影響。通過對8218、8214工作面歷史監(jiān)測曲線的分析，得出正常通過一次周期來壓影響距離大約需要推進(jìn)4～6刀。因此周期來壓時(shí)，在保證初撐力合格的前提下，推進(jìn)約3～5 m即可通過周期來壓影響區(qū)。

4 結(jié) 語

1) 通過比對ZF10000/25/35型和ZF12000/22/35型兩種支架在燕子山礦山4號層三個(gè)綜放工作面生產(chǎn)過程中的應(yīng)用情況，得出ZF12000/22/35型支架更適應(yīng)燕子山礦山4號層綜放工作面的生產(chǎn)條件。

2) 通過對8216、8218、8214三個(gè)工作面的礦壓分析總結(jié)，得出燕子山礦山4號層礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為后續(xù)類似生產(chǎn)條件下的頂板管理提供依據(jù)。