某礦大采高綜放工作面礦壓顯現規律研究

石 明

(霍州煤電集團李雅莊煤礦, 山西 霍州 031400)

1 前言

某礦井田內可采煤層共3層，分別為9、14、15#煤層，其中15#煤層全井田穩定可采，是井田內主要可采煤層。15#煤層賦存穩定，結構復雜，煤層總厚度最大7.48m，最小6.95m，平均煤厚7.21m。

某綜放工作面15109位于一采區，開采15#煤層，走向長1 172m，傾斜長150m，面積約175 800m2，工作面位于15111工作面以西，15108工作面以東。

該工作面煤層頂板屬堅硬頂板，且整體性較好。綜放工作面采用走向長壁后退式開采，全部垮落法控制頂板，采用“一采一放追機放頂煤”的作業方式。采用MG300/700- WD型雙滾筒采煤機雙向割煤、裝煤。15#煤層屬中厚煤層，回采工作面選用支撐掩護式液壓支架支護頂板，其中ZTG- 6500/18/30型液壓支架(特殊架)4架，機頭、機尾各兩架；ZF- 5000/17/28型液壓支架(普通架)100架。支護寬度為1.43～1.60m，支護面積為5.38～7.14m2,架中心距為1.50m，工作面最大控頂距為5.243m，最小控頂距為4.443m，初撐力為3 770kN，工作阻力為5 000kN(510t)。工作面布置如圖1所示。

為分析回采空間支架與圍巖相互作用關系，為合理選擇采煤參數、支護方式和頂板控制方法提供理論依據，現對15109綜放面進行礦壓觀測。

2 觀測設備和測點布置

2.1 工作面礦壓觀測設備及方法

該綜放工作面礦壓觀測設備采用YHY- 60型礦用液壓支架測力儀、FCH64/0.5型礦用手持采集器監測支架工作狀況。本工作面設定采樣周期為10min，采集數據寄存在測力儀存儲器內，再由礦用手持采集器用紅外采集方法采集數據，采集數據方便、完整。將FCH64/0.5型礦用手持采集器攜帶至井上后通過數據線將數據傳送到PC計算機處理。監測系統組成如圖2所示。

圖1 15109綜放工作面布置圖

2.2 測點布置

液壓支架測力儀具有兩個壓力測孔，可同時測量兩個測點的壓力，每組測力儀兩個壓力通道分別測支架的前立柱和后立柱的壓力。用礦用手持采集器每3天采集1次數據。

圖2 監測系統組成示意圖

由于工作面布置有內錯尾巷和高抽巷，15109工作面測區布12組測力儀，分析沿工作面走向方向不同部位頂板的來壓規律、支架的支護質量以及開采邊界條件的影響，整體研究15109綜采面采場礦壓顯現規律和支架工況，從而掌握整個工作面的壓力分布情況，以采取針對性的有效控制措施[1]。每組測力儀分別監測支架左前柱和右后柱工作阻力，監測記錄時間間隔10min/次。具體位置和編號見表1，同時觀測每個測區處煤壁的片幫、端面的冒頂情況，掌握工作面不同部位及整個工作面的礦壓顯現情況。

表1 工作面液壓支架測力儀分布情況

2.3 觀測時間與要求

工作面從開切眼回采開始進行礦壓觀測，支架阻力連續觀測將進行到形成幾個周期來壓即可。以上觀測內容需要連續觀測，即在規定的觀測起始時間內，確保每天觀測一次，一般安排在檢修班由科研人員或技術人員進行觀測，并及時輸入計算機[2]。

3 綜放面礦壓顯現規律

3.1 15109工作面頂板來壓實測

監測期間工作面運輸巷一側推進99.4m，回風巷一側推進99.7m，平均推進99.6m，共完成166個循環。YHY- 60型礦用液壓支架測力儀監測時間為10min/次，每個立柱每天監測數據量為144個，工作面12個支架24個立柱每天的監測數據量為144×24=3 456個，監測期間總計監測數據141 696個。該觀測儀器對液壓支架工作阻力數據高密度、及時地監測，為準確分析工作面礦山壓力變化規律創造了條件。

在15109綜放工作面設置12個礦壓觀測測點(具體位置和編號見表1)，連續監測采集工作面各測點支架的工作阻力，采集的數據儲存在測力儀存儲器內，再通過紅外采集方法由FCH64/0.5型礦用手持采集器進行數據采集，將采集到的數據攜帶至井上后通過數據線將數據傳送到計算機進行處理。本次僅分析運輸巷道一測1#、2#測力儀，工作面中部6#、7#測力儀及回風巷道一測11#、12#測力儀，現將各個觀測點的直接頂初次垮落、基本頂初次來壓及周期來壓時工作面推進距離進行整理，具體數據見表2。

通過表2可以看出，15109綜放面礦壓顯現規律見表3。

表2 15109綜放面礦壓觀測數據

表3 15109綜放面礦壓顯現規律

3.2 15109工作面礦壓觀測結果分析

通過以上對15109綜放工作面礦壓觀測及資料分析結果，可以得出：

(1)工作面采用“一采一放追機放頂煤”的作業方式，放煤步距為0.6m，頂煤初次垮落后，支承壓力的破煤作用不斷提高，同時也為頂煤的繼續垮落開出了自由面，因此進入正常推進階段，頂煤可隨采隨冒。

(2)根據現場觀察及數據分析得出， 15109綜放面回采過程中，直接頂初次垮落平均步距為4m，基本頂初次來壓平距步距為18.6m，周期來壓平均步距為10.7m。其中工作面運輸巷道一測基本頂初次來壓平均步距為17.5m、工作面中部基本頂初次來壓平均步距為18.8m、工作面回風巷道一側基本頂初次來壓平均步距為19.5m；工作面中部周期來壓步距較兩端相比要小。

(3)由于工作面兩側推進速度不同，導致工作面來壓不同步。15109工作面推進過程中回風巷道一側推進速度較運輸巷道一側推進速度快。根據礦壓觀測數據分析得出，15109工作面運輸巷道初次來壓顯現較回風巷道早。運輸巷道的礦壓顯現出現在工作面推進至17m時工作面頂板壓力明顯增大。回風巷道的礦壓顯現出現19m時工作面頂板壓力明顯增大。15109工作面初次來壓平均步距為18.6m。

(4)綜采支架工作狀態正常，支架設計初撐力得到較好的發揮，支架的額定工作阻力已得到充分發揮。

4 結論

(1)15109綜放工作面直接頂初次垮落平均步距為4m，基本頂初次來壓平距步距為18.6m，周期來壓平均步距為10.7m。

(2)由于工作面兩側推進速度不同，導致工作面來壓不同步。

(3)綜采支架工作狀態正常，支架設計初撐力得到較好的發揮，支架的額定工作阻力已得到充分發揮。