綜采工作面礦壓影響與支架選型

史文臣

雙鴨山礦業集團紀委督查室 黑龍江雙鴨山 155100

綜采工作面礦壓影響與支架選型

史文臣

雙鴨山礦業集團紀委督查室 黑龍江雙鴨山 155100

通過對七星煤礦東四采區十二層左一片綜采工作面礦壓觀測資料分析，并參照國內外已有的研究成果，從采面來壓顯現入手，來分析采面老頂來壓分布及上覆巖層在開采過程中的活動規律，查明影響采面老頂來壓強弱的因素，為液壓支架合理選型提供科學依據。

老頂；液壓支架；周期來壓

一、礦井及工作面概況

七星煤礦是雙鴨山礦業集團的主力煤礦之一，礦井年生產能力為160萬噸/年，我礦12#煤層為主力回采煤層，本工作面為首采工作面。淤2008年1月24日～2008年3月10日進行了礦壓觀測，經歷了三個周期來壓具體數據如下：

一）工作面位置及概括：

1、鄰里關系：該工作面上部為十二層零片未開采，右部與雙陽邊界相鄰，左部與東三區相鄰，下部為十二層二片為開采。

2、工作面范圍：該工作面上部為十二層左一片設備道下部為十二層左一片皮帶道，里部至開切眼，外部至回風道保護媒柱線。

3、工作面與相鄰煤層及地表關系：該工作面對應頂板上部有1、4、6、8層煤，層間距分別為223米、153．6米、104．79米、68．11米，一層煤已開采，四層煤未開采，六層煤部分開采，八層煤已開采。對應地表左部為旱地和八連村莊保護煤柱線，標高在＋130～120米之間。七星河1957年8月23日，最高洪水位標高為105米，最高洪水位線在工作面內。地表距工作面垂深370～550米之間。

二）頂、底板巖性：

1、頂板：根據實際揭露偽頂厚度和巖性不穩定，從外向里偽頂趨于變厚，從0．2～0．9米，巖性為碳頁、粉沙、凝灰巖以及煤線組成，黑灰色較破碎。老頂為10．35米厚的互層沙巖，灰色具有水平層理，上部含沙質較高，下部裂隙發育。

2、底板：直接低為2．4米厚的互層砂巖，灰色具有水平層理，比較完整，老底由灰白色細砂組成。

二、觀測目的及方法：

一）目的：掌握東四區十二層煤礦壓顯現一般規律；ZZ-4200/14/30型液壓支架對十二層煤的適應情況，并對它的工作阻力等參數進行鑒定。

二）方法：元月23日各種調試工作完成后，在工作面安設13臺綜采耐震式壓力表和在30#、100#支架上安設兩臺KBJ-2004型礦用多功能在線監測系統和上下巷超前支護內設頂、底板動態儀及測工隨身攜帶單體阻力檢測儀，我們礦壓組分三班跟班觀測。動態檢測工作面上、下巷超前內單體壓力變化值，每三小時采集一次，KBJ-2004型礦用多功能在線監測系統中的U盤數據，每星期采集一次。初次放頂步距：

1、工作面推進4個循環（循環進度0．8米）3．2米時直接頂開始局部跨落，推進6個循環4．8米時，直接頂全部跨落。

2、上巷推進48．2米，下巷推進18．1米時，平均推進33．15米，工作面老頂全部跨落，初次放頂結束且空區充填良好。

周期來壓：上巷推進83．5米，下巷推進70米時，平均推進76．5米，工作面再次周期來壓，歷時3天，工作面支架工作阻力最大值42Mpa．上巷推進106．5米，下巷推進80．5米時，平均推進93．5米，工作面第三次周期來壓，歷時3天，工作面支架工作阻力最大值50．76Mpa。

三、似剛性直接頂支架工作阻力的確定

根據所提供的地質資料，以現在東四區12#區域煤層綜合柱狀圖（圖1）為基準，確定七星礦3522隊工作面單位面積頂板載荷如下。工作面煤層厚度平均為M=2．4m，巖石容重取為γ=2．5t/m3。二）利用“兩帶”高度確定這里以工作面來壓明顯為標準，根據表1待定常數表取a=3．1，b=5．0，c=4．0，則：

若取平均值，則P2=24．125 t/m2

3）北京開采所經驗公式計算

式中：L2為老頂周期來壓步距；LM為控頂距。

4）喬福祥公式計算

5）動載系數法計算

利用動載系數法計算公式，取動載系數為1．8，巖石碎脹系數為1．30，煤層傾角取22°，則H1計算為：

則單位面積頂板載荷為：

根據以上計算，單位面積頂板載荷應確定為：

6）架型滿足要求情況分析

根據以上計算結果來看：

由此可知，此種類型支架均能滿足要求，但富裕系數較小。

四、似剛性直接頂支架初撐力工作阻力的確定

（1）太原理工大學靳鐘銘教授在全國綜采面支架工作阻力實測統計分析的基礎上，提出了綜采支架合理工作阻力及初撐力確定回歸公式，即：

式中：K-富裕系數，取k=1～1．5。當采高<1．5m時，k=1。當采高>3．5m時，K=1．5；

Kc-懸頂系數，取Kc=1～1．5（巖層破斷角90°時Kc=1．0，45°時Kc=1．5）

據此可計算得到東四區十二層左一片工作面臨界初撐力為：

（2）臨界阻力計算法：根據直接頂剛性體穩定性分析可知，使支架與圍巖相互作用達到相對穩定時必須的最低阻力，此時的工作阻力計算公式為：

據此可計算得到本工作面臨界初撐力為：

考慮到來壓期間動壓對支架的動載作用，合理初撐力應為臨界初撐力的2倍（實測工作面的動載系數為1．8），本工作面合理初撐力經計算為：Pa=2P0=2842KN，即工作面頂板合理初撐力要達到2842KN（22．6 Mpa）才能保證頂板的穩定性。

本工作面所用ZZ-4200型液壓支架均為四柱支撐掩式支架，此種液壓支架額定初撐力分別為3518KN（28Mpa），計算合理初撐力數值為此種液壓支架額定初撐力的80%為22．6Mpa而實測支架平均初撐力為15．32MPa，所以應該提高初撐力。

五、總結

ZZ-4200型液壓支架循環末阻力最小為-0．036Mpa，最大為36．64MPa，平均工作阻力為25．05MPa，為額定工作阻力的75%；支架初撐力大部分分布在10～22MPa之間，支架是在較富裕工作阻力下運行的，工作阻力可以滿足工作面實際開采的要求。但在周期來壓時的最大工作阻力50．67MPa大于支架的額定工作阻力51．7%。總體來看，當前支架滿足工作面實際開采的要求。

史文臣，1966出生，黑龍江省龍煤雙鴨山分公司安全生產督查室，采礦工程師。