15104大采高綜采面礦壓觀測與規律分析

尹彬彬

(潞安礦業集團 古城煤礦，山西 長治 046000)

近年來隨著煤礦開采規模的不斷擴大，工作面煤壁片幫、頂板破碎現象更加劇烈，嚴重影響工作面生產安全[1-3]，不同的地質條件下，大采高綜放工作面具有不同的礦壓顯現規律[4-6]。本文以15104大采高綜采工作面為研究對象，對礦壓規律進行實測分析，為工作面后續回采提供生產指導。

1 工程概況

寺家莊煤業公司隸屬陽煤礦業集團，位于沁水煤田的東北邊緣，生產能力450萬t/a。15104工作面為礦井首采工作面，推進長度1 817 m，面長240 m，工作面埋深430～507 m，開采15號煤層，煤厚4.3～7.1 m，平均厚度5.5 m，煤層傾角3～15°，平均傾角7°，工作面偽頂為碳質泥巖，厚0.3 m，直接頂以砂質泥巖為主，厚2.5 m，較穩定，性脆易碎，基本頂以中粒砂巖為主，厚7 m，致密堅硬、層理明顯。工作面采用大采高一次采全高采煤方式，采高5.4 m。由于工作面礦壓顯現強烈，煤壁片幫嚴重，工作面產量的提高受到極大制約。

2 工作面礦壓顯現規律

2.1 測點布置

工作面選用138架ZY8000-26/56型掩護式液壓支架，支撐高度2.6～5.6 m，支架中心距1.75 m，額定工作阻力8 000 kN，支護強度0.98～1.01 MPa。在工作面總共安裝測力儀13臺，分別記錄工作面上、中、下部支架壓力，工作面測站布置情況如圖1、表1所示。

圖1 15104工作面平面圖

表1 工作面測站布置情況

2.2 工作面來壓特征分析

根據工作面支架監測數據，對工作面來壓參數進行統計，如表2所示。

由表2可知，工作面下部直接頂初次垮落步距15～19 m，平均垮落步距16.55 m，工作面下部老頂初次來壓步距35.7～37 m，平均來壓步距為36.2 m，周期來壓步距16.4～18 m，平均17.23 m，來壓持續距離2.9～6.9 m，平均4.28 m，持續時間約2 d，動載系數在1.25～1.62之間，平均1.43，工作面下部各測站來壓基本同步；工作面中部直接頂初次垮落步距13.1～17.7 m，平均15.58 m，老頂初次來壓步距31.3～37 m，平均33.62 m，周期來壓步距16.3～18 m，平均17.22 m，來壓持續距離2.2～5.8 m，平均3.68 m，動載系數在1.33～1.88之間，平均1.53；工作面上部直接頂初次垮落步距15.3～19 m，平均17.13 m，老頂初次來壓步距36.1～39.7 m，平均37.78 m，周期來壓步距15.5～21.17 m，平均18.85 m，來壓持續距離3.2～4.7 m，平均3.83 m，動載系數在1.3～1.61之間，平均1.48。

表2 工作面支架來壓參數

綜上所述，工作面中部支架受力比工作面上部、下部大，中部頂板來壓步距較小，工作面頂板仍為“O-X”破斷形式。

3 大采高支架承載特征及適應性分析

為研究液壓支架承載特征，對支架的初撐力、工作阻力和時間加權平均阻力進行分析。分別選取24號、46號、112號架對工作面不同區域工作阻力進行分析，如圖2、圖3、圖4所示，表3為工作面支架載荷分布統計。

圖2 工作面下部24號支架載荷分布圖

圖3 工作面中部46號支架載荷分布圖

圖4 工作面上部112號支架載荷分布圖

分析可知：

1) 由圖2～圖4可知，工作面初撐力呈雙正態疊加分布特征，初撐力在5～10 MPa、20～25 MPa之間占比較高，初撐力達到25 MPa以上總體平均占比17.12%.

2) 由圖2(b)可以看出，工作面下部支架的工作阻力呈正態分布狀態，受力較為正常。圖3(b)顯示工作面中部支架所受壓力偏大，其中支架工作阻力大于35 MPa占比達到20%以上，表明支架處于極限受力狀態。

3) 由圖4(c)可以看出，工作面上部支架末阻力大于35 MPa占比較工作面中下部低，說明工作面上部頂板壓力相對較低，在工作面現場，中下部支架基本能適應工作面頂板來壓。

4 結 語

1) 15104工作面中部支架受力比工作面兩端大，中部頂板破斷歩距比工作面兩端小，頂板破斷形式仍為“O-X”破斷形式。

表3 工作面支架載荷分布

2) 15104工作面支架初撐力分布呈雙正態分布狀態，初撐力達到25 MPa以上比例偏少，應加強支架操作和泵站管理；由于工作面中部支架受力較大，工作阻力大于35 MPa的比例偏大，需加強工作面頂板管理。