劉橋一礦綜采工作面大傾角俯仰采開采礦壓規律研究①

李效軍 吳 徇

(皖北煤電集團劉橋一礦，安徽淮北 235000)

劉橋一礦綜采工作面大傾角俯仰采開采礦壓規律研究①

李效軍②吳 徇

(皖北煤電集團劉橋一礦，安徽淮北 235000)

依據劉橋一礦II661大傾角俯仰采工作面為研究背景，通過現場礦壓實測，對支架初撐力、工作阻力等進行分析，研究了大傾角俯仰采開采過程中俯采階段及仰采階段的礦壓顯現規律。研究得出的結論可為采區其他工作面煤層開采提供現實的指導意義，并可對皖北礦區具有類似煤層條件的礦井開采提供參考。關鍵詞:大傾角;俯仰采;支架阻力;周期來壓;礦壓規律

劉橋一礦是一個已有29年開采歷史的礦井。隨著礦井不斷向深部延伸開采，煤層地質條件變得越來越復雜，礦壓顯現也越來越明顯。II66采區是礦井的新采區，也是重點采區，煤層平均傾角在20°左右。由于采區的右翼受陳集向斜的影響，地質條件變得極其復雜，且所有工作面開采過程中均會出現俯仰斜開采現象。國內礦井對于工作面俯采或仰采研究的比較多［1～8］，但是同一個工作面出現俯仰采開采的現象比較少，礦井開采可借鑒的成功經驗較少。研究大傾角情況下綜采工作面俯仰采開采礦山壓力顯現規律將具有重要的現實意義。

1 工作面地質及開采技術條件

II66采區為下山布置，所有工作面均采用走向長避采煤法開采，采區內煤層平均傾角在20°左右，由于采區的右翼受陳集向斜的影響，開采過程中采區右翼的工作面均會出現不同程度的俯仰斜開采現象。該采區的開采順序為從上至下，采區內布置的三條下山隨開采深度的增加而不斷向下延伸。II661綜采工作面為該采區的首采面，靠近本采區的最上面，受陳集向斜的影響工作面俯仰采角度較其他工作面尤為顯著。

該工作面井下標高-518～632m，煤厚在2.5～3.4m 之間，平均2.9m，煤層傾角8°～32°，平均16°，煤層為黑色，塊狀及碎塊狀為主，該面為穩定煤層。工作面直接頂為塊狀細砂巖，厚度在3.7～5.2m;老頂為細砂巖，厚度在7.1m左右，直接底為泥巖，厚度在2m左右，老底為細砂巖，厚度在7.7m左右。工作面走向可采長度為500m，傾斜長度為194m，具體工作面平面圖見圖1所示。

圖1 II661工作面素描圖

工作面配套設施:采用 MG250/600-QWD采煤機螺旋滾筒截割落煤，采用SGZ764/2×200刮板運輸機運煤，選用ZZ4400/17/35型支架作端頭支架使用;選用ZZ4400/17/35型支架作基本支架，從機巷到風巷依次編號為1～130號，其中工作面支架允許最大采高3.5m，最小采高1.8m，平均2.9m，循環進度0.6m。

2 工作面礦壓觀測與分析

II661工作面從開切眼開始至開采結束，先后經歷了俯采段、俯采到仰采的過渡平采段、仰采段這三個階段。本文分別從俯采段及仰采段來說明工作面礦壓顯現特點及規律。

2.1 II661工作面俯采段礦壓顯現特點

2.1.1 俯采段實測支架工作阻力

Ⅱ661工作面俯采段采用YHY-60型液壓支架測力儀實時記錄支架初撐力和工作阻力變化。從2010年6月9號開始進行現場觀測，觀測歷時40天，工作面回風順槽平均推進49m。選取15#、55#、95#、125#分別作為下部測站、中下部測站、中上部測站、上部測站。以觀測日煤壁處作為基點距離，通過對觀測數據的整理分析，繪制出工作面各測站支架實測工作阻力總體曲線圖，如圖2。

圖2 Ⅱ661工作面俯采段四個測站實測工作阻力總體曲線圖

圖中以實測支架循環末工作阻力(pm)平均值加其1.5倍的均方差(σpm)作為工作面老頂來壓判距p'm，p'm=pm+1.5σpm。以大于p'm的pm數據和峰值來確定老頂來壓性質、位置和順序。

Ⅱ661工作面各測站來壓判據P'm的計算結果如表1所示。

表1 各測站來壓判據計算表

2.1.2 俯采段支架阻力統計分析

從圖2及表1可以看出，工作面沿傾斜方向各測站的支架的平均支撐力的大小有差異。工作面中上部支架的平均支撐力最小，工作面中下部支架的平均支撐力最大;工作面俯采段具有較明顯的周期來壓特征且在傾向方向上來壓具有明顯的“時序性”，即工作面中部先來壓，然后向下部、上部發展。具體工作面工作面來壓步距分析見表2。

表2 工作面來壓步距分析表

根據工作面四個測站的支架工作阻力頻率分布統計結果，繪制了整個測站支架初撐力、循環末工作阻力的頻率分布圖如圖3～4所示。

從工作面支架工作阻力分布直方圖可以看出，支架的初撐力和循環末阻力都呈現偏正態分布。支架的平均初撐力為2312kN，為額定初撐力的58.38%，工作面的初撐力相對較小。支架額定工作面阻力為4400kN，平均末阻力為3487kN，為額定末阻力的80%。可見，工作面的末阻力能達到工作面額定末阻力的80%的要求。

圖3 工作面整個測站支架初撐力頻數分布圖

2.2 II661工作面仰采段支架阻力統計觀測

Ⅱ661工作面俯采結束后，緊接著就進入仰采階段，進入仰采階段，現場觀測支架的載荷較大。從2010年10月25日至11月15日，技術人員每天跟班記錄割煤周期內支架工作時前柱與后柱的初撐力和末阻力狀態值。統計結果如下。

圖4 工作面整個測站支架循環末阻力頻數分布圖

2.2.1 支架的初撐力統計

Ⅱ661工作面仰采段支架的統計分布直方圖如圖5所示。可以看出支架前、后柱初撐力34%～45%分布在1800kN～2400kN/架之間。

圖5 仰采段工作面支架初撐力統計圖

實測支架初撐力平均值為P0=2122kN/架，為額定初撐力的53.6%，最大初撐力為2678kN/架，為額定初撐力的67.65%，可見對設計初撐力利用率較低。與工作面實測時間加權平均工作阻力2780kN/架相比，應進一步加強初撐力管理，以更好得滿足生產要求。

2.2.2 支架時間加權平均工作阻力統計

Ⅱ661工作面仰采段支架時間加權平均工作阻力區間統計圖如圖6。從圖中可以看出，支架前后柱加權平均工作阻力的46%～58%分布在2600kN～3500 kN之間。

工作面實測時間加權平均工作阻力為2780kN/架，為額定工作阻力4400kN/架的63.18%，支架最大工作阻力3647kN/架，為額定工作阻力的82.88%?？梢钥闯鲋Ъ苁窃谳^富裕工作阻力下運行的，在該綜采面的應用是有較大富裕的。

通過對初撐力及末阻力的統計分析可以看出，Ⅱ661工作面綜采液壓支架的初撐力和工作阻力都有足夠的富裕量。即應用ZZ4400-17/35型支架進行開采，其運行狀態良好，完全可以滿足本工作面的要求。

3 主要結論

通過對工Ⅱ661工作面俯采段及仰采段的現場觀測，劉橋一礦綜采工作面大傾角俯仰采開采礦壓顯現規律具有以下特點:

1)工作面在俯采階段:沿傾斜方向各測站的支架的平均支撐力的大小有差異，工作面中上部支架的平均支撐力最小，工作面中下部支架的平均支撐力最大。工作面具有較明顯的周期來壓特征且在傾向方向上來壓具有明顯的“時序性”，即工作面中部先來壓，然后向下部、上部發展。在觀測的期間內，共經歷四次周期來壓，周期來壓步距為12.54m。

圖6 仰采段工作面支架時間加權阻力統計圖

2)通過對俯采段及仰采段支架阻力統計結果可知，支架的初撐力及末阻力都呈偏正態分布情況。俯采段，平均初撐力為額定初撐力的58.38%，工作面初撐力較小，平均末阻力為額定工作阻力的80%，支架在俯采段總體運行情況較好;仰采段，平均初撐力為2122kN/架，為額定初撐力的53.6%，時間加權平均工作阻力為額定末阻力的63.18%?？芍?，俯采段較仰采段，支架受力狀態及運行狀況較好。

3)本文得出的結論可為類似礦區煤層賦存條件的礦井開采支架選型、工作面頂板控制等開采問題提供一定的參考和借鑒。

［1］ 杜計平，孟憲銳.采礦學［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2009

［2］ 吳志堅，葉海松.大傾角俯采工作面關鍵開采技術［J］. 煤礦開采，2008，13(03):32-34

［3］ 徐德珊.綜采工作面大傾角俯采關鍵技術研究與應用［J］. 煤礦開采，2008，13(03):42-43

［4］ 李冬紅.高架綜采工作面大傾角俯采工藝研究［J］.河北能源職業技術學院學報，2007，(12):21-22

［5］ 許家林，錢鳴高.仰斜開采綜采面支架與圍巖作用關系的研究［J］.中國礦業大學學報，1995，24(02):38-41

［6］ 尚有仕.懸移支架放頂煤工作面大坡度仰采技術實踐［J］.中州煤炭，2010，(07):76-77

［7］ 崔景昆，趙晉澤，張學峰.大傾角仰斜綜采工藝在郭二莊礦的應用［J］.河北工程大學學報，2008，25(03):92-94

［8］ 牛孟海.大傾角仰采綜放煤柱工作面初采實踐［J］.中州煤炭，2010，(10):20-21

Study on the laws of the mine pressure appearance of the large tilt angle compound mining inⅡ661 Work Face of Liuqiao Coal mine

LI Xiaojun，WU Xun

(Liuqiao 1#mine of Wanbei Coal-Electricity Group Co.，Ltd.，Huaibei Anhui235000)

Based on parameters of the hydraulic support，such as setting load and working resistance which from the large tilt angle compound mining in II661 Work Face of Liuqiao Coal mine，the paper analyzed the laws of the mine pressure appearance of the downward mining period and the upward mining period.The conclusion of the study can offer a reference to the similar geologic mine of Liuqiao Coal mine around the area.

the large tilt angle;downward and upward mining;working resistances of supports;the laws of the mine pressure appearance

TD821

A

1672-7169(2012)01-0014-04

2011-12-10

李效軍(1963-)，男，安徽太和縣人，大學畢業，高級工程師，劉橋一礦副礦長，從事煤礦安全管理。