綜采工作面頂板運動及礦壓顯現規律研究

陳青峰

（淮北礦業股份有限公司袁店一井煤礦 安徽 淮北 235000）

袁店一井煤礦1021工作面地面標高為27.2～28.7m，工作面標高為-453m～-380.7m。位于南風井北約1400m。地面附近為村莊（丁杜周莊，已搬遷）、農田及溝渠，無大的水系。南部與1022工作面（未掘進）相鄰；北部為F4斷層防水保護煤柱；東與102采區大巷煤柱相鄰；西靠近EF61 H=5-28m斷層防水煤柱。工作面走向長度610m，傾斜長度140m，煤層厚度1.6～5.92m，平均4.4m，局部含夾矸，夾矸厚0.2m～1.1m。工作面里段煤層較厚，外段煤層局部變薄，煤層傾角平均6°，局部煤層受構造影響，傾角較大，最大達20°～25°，本工作面煤層賦存穩定。開展工作面的礦壓顯現及頂板破斷特征研究，對于工作面的快速高效回采具有重要的意義。

1 支架工作阻力監測儀器及方案

1.1 監測儀器

山東科技大學專利產品KBJ-60Ⅲ-1礦用數字壓力計、KBJ-60Ⅲ-2礦用壓力數據采集器用于綜采工作面是監測煤礦井下綜放綜采液壓支架壓力參數的智能化儀表，具有體積小、操作方便、顯示直觀、數據處理功能強等特點，輸出的報表格式通用性強。采用了紅外無線數據通訊和改進的電池供電系統，大大提高了儀器的使用可靠性和電源的使用壽命，可以長期在井下使用，無需維護。

1.2 監測方案

工作面共設6個支架工作阻力監測站，共6臺礦用數字 壓 力 計 ， 分 別 布 設 在 工 作 面 20#，40#，70#，90#，110#和130#支架處，每個測站分別在支架左右立柱高壓腔安裝1臺礦用數字壓力計，能顯示和記錄觀測支架左右立柱工作壓力。工作面推進過程中支架工作阻力值連續自動記錄在礦用數字壓力計中，隔2天讀取一次數據，并在地面及時整理工作支架壓力數據。工作面測點布置及儀器布設如圖1所示。

圖1 工作面礦壓表布設平面圖

2 支架工作阻力監測結果分析

2.1 工作面液壓支架主要技術參數

根據工作面煤層賦存情況及相關地質資料，工作面支架選用ZY7800/18/37型雙柱掩護式液壓支架。ZY7800/18/37型液壓支架特性如表1所示。

表1 ZY7800/18/37型液壓支架特性參數

2.2 工作面頂板周期來壓顯現

利用實測工作面支架工作阻力隨推進步距關系曲線來推斷頂板（老頂）周期來壓步距。實測6個支架工作阻力隨推進步距的變化曲線如圖 2（a）-（f）所示。

工作面內支架壓力監測站部位頂板周期來壓步距如表2所示，其中 20#、40#支架代表工作面上部；70#、90#支架代表工作面中部；110#、130#支架代表工作面下部。

圖2 支架工作阻力隨推進步距變化曲線

表2 各個測站部位頂板的周期來壓步距（單位m）

由圖表可知：

1）工作面上部

工作面下部20#支架代表的工作面下部，頂板周期來壓步距9.7～20.4m，離散性較小，平均周期來壓步距為14.4m。

工作面下部40＃支架代表的工作面下部，頂板周期來壓步距 10.4～17.8m，離散性較小，平均周期來壓步距為 13.8m。

2）工作面中部

工作面中部70＃支架代表的工作面中部，頂板周期來壓步距 11.0～17.6m，離散性較小，平均周期來壓步距為 14.6m。

工作面中部90＃支架代表的工作面中部，頂板周期來壓步距 12.4～17.6m，離散性較小，平均周期來壓步距為 15.0m。

3）工作面下部

工作面上部 110＃支架代表的工作面上部，頂板周期來壓步距 10.3～15.6m，離散性較小，平均周期來壓步距為 13.7m。

工作面上部130＃支架代表的工作面上部，頂板周期來壓步距 8～20.5m，離散性較小，平均周期來壓步距為 14.1m。

4）工作面各個部位老頂周期來壓步距為 8～20.5m，平均為14.3m?？傮w而言，周期來壓步距波動不大。

據現場觀測，正常階段，直接頂基本隨采而冒，無懸頂。

2.3 工作面宏觀礦壓顯現

礦壓監測期間，對工作面及兩順槽的宏觀礦壓顯現進行了記錄分析，主要是安全閥開啟、頂板冒落和煤壁片幫情況。

1）安全閥開啟情況

整個礦壓觀測過程中安全閥開啟狀況如表3所示。工作面來壓期間，安全閥開啟的支架數量增加不明顯，如周期來壓1月26日前后，共有個15支架安全閥開啟，開啟較低。

表3 安全閥開啟情況表

2）頂板冒落情況

工作面正常推進過程中，采空區直接頂基本隨采隨冒。

3）煤壁片幫情況

表4 煤壁片幫情況表

在工作面端頭處煤壁片幫嚴重。周期來壓時煤壁偏幫相對較嚴重。工作面煤壁片幫情況見表4所示，從表4可以看到，工作面推進過程中，不時有小范圍的片幫現象，特別是在工作面來壓期間（1月22日、26日），工作面煤壁片幫明顯多于平時。在支架護幫板收回的過程中片幫較容易發生，在表4中統計的工作面煤壁片幫絕大部分出現在工作面的中上部位置。

3 結論

3.1 工作面各部位老頂周期來壓步距平均14.3m。正常階段基本頂基本隨采隨冒，無懸頂。

3.2 采空區直接頂基本上隨采隨冒；工作面推進過程中有小范圍片幫，端頭處煤壁片幫嚴重。特別是在工作面來壓期間，工作面煤壁片幫明顯多于平時，且工作面煤壁片幫絕大部分出現在工作面的中上部位置。

［1］陳科，柏建彪，胡忠超，等.超前支承壓力對下山的影響分析及合理停采線位置確定[J].煤礦開采，2011，15(1)：35-37.

［2］曹勝根，劉長友，韓強，等.綜放面合理停采線位置的確定[J].礦山壓力與頂板管理，1998(1)：59-61.

［3］張向陽，涂敏，徐乃忠.動壓下底板大巷圍巖應力分析及合理停采線研究[J].采礦技術，2006，6(3)：311-314.

［4］梁興旺，王連國，何興華，等.沿空掘巷窄煤柱合理寬度的確定[J].礦業研究與開發，2008，27(2)：29-31.

［5］劉彩平，王金安，侯志鷹.房柱式開采煤柱系統失效的模糊理論研究[J].礦業研究與開發，2008，28(1)：8-12.

［6］李洪武，李晉平，李海忠.合理動態停采線位置的確定[J].煤，1994，3(2)：17-18.

［7］陳炎光，陸士良.中國煤炭巷道圍巖控制[M].徐州:中國礦業大學出版社，1994：100-103.

［8］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，2003：70-72.