炮采放頂煤工作面礦壓觀測與研究

盧凱　李金鋒

摘 要：文章分析和探討了葛店煤礦的炮采放頂煤工作面礦壓情況，了解礦壓強(qiáng)度、應(yīng)力集中系數(shù)、巷道的變形及顯現(xiàn)程度等特點，并掌握影響工作面回采程度的因素，變化范圍以及峰值。通過優(yōu)化目前的支護(hù)參數(shù)及效果，在改善參數(shù)條件及效果以后，為制定后續(xù)工作面等方面打下夯實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：炮采工作面；支撐壓力；支護(hù)設(shè)計

1 描述工作面情況

22031是一個長度為100m，440m傾向長，煤層為6.5-1.6m厚度，平均厚度為4.2m的工作面。煤層傾角的平均值為15°。該礦的直接頂主要由細(xì)粒砂巖和中粒砂巖構(gòu)成，伴有小部分的泥巖，整個層面碳質(zhì)和云母巖豐富。老頂主要是中粒砂巖。頂板為穩(wěn)定型，有很好的地質(zhì)條件。由泥巖和碳質(zhì)泥巖所構(gòu)成的直接地板，呈灰黑色，可見到斑點狀的云母和黃鐵。底板的巖性松軟，地質(zhì)條件較差。

2 觀測礦壓的方案

設(shè)置三個位于工作面斜方向上的觀測站。在采煤工作面的正上方設(shè)置第一個測站，這個測站應(yīng)和回風(fēng)順槽保持15米的距離；在采煤工作面的中部設(shè)立第二個測站；在采煤工作面的下部設(shè)置第三個測站，與回風(fēng)順槽保持15米的距離。放置3條測線于每個觀測站，用于實際測量支柱載荷量和頂?shù)装宓囊苿泳嚯x。利用進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽測量巷道表面移動距離。以工作面為中心向外平均5米設(shè)置一個壓力測量點。每個巷道應(yīng)該包括8個測量點。

3 礦壓顯現(xiàn)特征分析

3.1 對觀測數(shù)據(jù)的分析

頂板來壓包括基本頂周期來壓、初次來壓、直接板初次垮落幾個內(nèi)容，來壓需要采取以下的方式進(jìn)行確定：

第一，選擇同一條件觀測值，將工作面推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，將觀測值作為縱坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)繪制出兩者之間的曲線關(guān)系，進(jìn)行觀察，看是否存在規(guī)律性峰值，若存在規(guī)律性峰值，則可以初步判定有基本頂周期來壓或者初次來壓的情況。

第二，如果出現(xiàn)上述的情況，則需要根據(jù)礦壓觀測值計算出其方差與平均值，根據(jù)數(shù)值的變化情況確定出來壓的步距以及基本頂來壓峰值。

第三，最后一步則是判斷來壓的實際強(qiáng)度，這需要使用動壓系數(shù)來判斷相關(guān)的數(shù)值與指標(biāo)，計算出基本頂周期來壓工作阻力和非周期來壓工作阻力的比值。

本組工作面觀測結(jié)果顯示，礦壓異常數(shù)據(jù)情況詳見表1。

3.2 礦壓顯現(xiàn)特征分析

根據(jù)工作面的實際情況，以距煤礦3.4m與1.25m頂?shù)装逡平孔鳛榭v坐標(biāo)，將推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)制作測站曲線，結(jié)果顯示，工作面中，上部測站、中部測站與下部測站初次來壓出現(xiàn)也較大的波動，其布距為9.2-31.4m，平均初次來壓步距為20.7m，下部測站較大，為31.4m，中部測站居中，為20.8m，上部測站較小，為10.2m，采場周期的來壓步距為6-11m，平均來壓步距為8.8m。

導(dǎo)致以上情況出現(xiàn)的根本原因是由于上部測站、中部測站與下部測站的煤層厚度不均勻，在煤層較厚的位置，來壓步距較小，煤層較薄的位置，來壓步距較大，三個測站平均支柱載荷為6.7MPa，初次來壓動載系數(shù)是1.6，來壓平均值是11.3MPa，在不同的工作面位置，來壓動載并無顯著的差異，但是上部測站、中部測站與下部測站動載系數(shù)有著較大的波動，老頂周期來壓支柱載荷的平均測量值是5.4MPa，平均動載系數(shù)是1.64，動載系數(shù)波動情況嚴(yán)重。

測量結(jié)果顯示，工作面支柱平均荷載數(shù)值是47.28kN，最大載荷是172.6kN，工作阻力與初撐力大致相同，但是，本工作面支柱上方為媒體，質(zhì)地較軟，在壓力的影響下會出現(xiàn)壓裂松軟的情況，支撐力傳遞情況不理想，支柱載荷較小。

3.3 超前壓力規(guī)律分析

超前壓力規(guī)律表現(xiàn)出如下的特征：

第一，在回采工作面前方的0-2m內(nèi)，屬于支承壓力降壓位置，這是由于煤壁受壓導(dǎo)致，在這一范圍中，煤壁出現(xiàn)了塑料性變形的情況，支護(hù)十分的困難。

第二，在回采工作面前方2-8m位置，屬于支承壓力升高位置，在這一范圍中，支承壓力較大，巷道頂?shù)装逡苿铀俣纫草^快。

第三，在回采工作面前方8-10m位置，屬于支承壓力峰位置，在這一范圍中，支承壓力迅速的升高，在最高時會達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)的2.2倍，與此同時，雙側(cè)巷道頂?shù)装逡平俣纫苍絹碓娇臁?/p>

第四，在回采工作面前方的10-47m位置，屬于支承壓力下降位置，在這一范圍中，支承壓力在急劇下降之后變?yōu)榫徛陆担湟平俣纫渤尸F(xiàn)出一種趨勢性的變化，在處理數(shù)據(jù)時，結(jié)果顯示支承壓力呈現(xiàn)出波浪狀的變化趨勢，其根本原因是由于上覆巖層鍛煉所導(dǎo)致。

4 結(jié)束語

通過優(yōu)化工作面目前的支護(hù)參數(shù)及效果，在改善參數(shù)條件及效果以后，能夠為制定后續(xù)工作面等方面打下夯實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂超杰，梁文立，魯曉杰，陳學(xué)海，王志浩.懸移液壓支架在“三軟”煤層工作面的應(yīng)用[J].科技信息，2009（29）.

[2]于海軍，梁冰，李剛.“三軟”厚煤層綜放工作面礦壓規(guī)律及支架適應(yīng)性分析[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（03）.

[3]索永錄.Characteristics of ground behavior of fully mechanized caving faces in hard thick seams[J]. Journal of Coal Science & Engineering（China），2003（02）.

[4]Song Xuanming，Qian Minggao ctc.Study on increasing coal-drawing rate by fissure''s coupling technique in fully mechanized and sublevel caving. Proceeding of the international mining tech.97 symposium，1997.endprint

摘 要：文章分析和探討了葛店煤礦的炮采放頂煤工作面礦壓情況，了解礦壓強(qiáng)度、應(yīng)力集中系數(shù)、巷道的變形及顯現(xiàn)程度等特點，并掌握影響工作面回采程度的因素，變化范圍以及峰值。通過優(yōu)化目前的支護(hù)參數(shù)及效果，在改善參數(shù)條件及效果以后，為制定后續(xù)工作面等方面打下夯實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：炮采工作面；支撐壓力；支護(hù)設(shè)計

1 描述工作面情況

22031是一個長度為100m，440m傾向長，煤層為6.5-1.6m厚度，平均厚度為4.2m的工作面。煤層傾角的平均值為15°。該礦的直接頂主要由細(xì)粒砂巖和中粒砂巖構(gòu)成，伴有小部分的泥巖，整個層面碳質(zhì)和云母巖豐富。老頂主要是中粒砂巖。頂板為穩(wěn)定型，有很好的地質(zhì)條件。由泥巖和碳質(zhì)泥巖所構(gòu)成的直接地板，呈灰黑色，可見到斑點狀的云母和黃鐵。底板的巖性松軟，地質(zhì)條件較差。

2 觀測礦壓的方案

設(shè)置三個位于工作面斜方向上的觀測站。在采煤工作面的正上方設(shè)置第一個測站，這個測站應(yīng)和回風(fēng)順槽保持15米的距離；在采煤工作面的中部設(shè)立第二個測站；在采煤工作面的下部設(shè)置第三個測站，與回風(fēng)順槽保持15米的距離。放置3條測線于每個觀測站，用于實際測量支柱載荷量和頂?shù)装宓囊苿泳嚯x。利用進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽測量巷道表面移動距離。以工作面為中心向外平均5米設(shè)置一個壓力測量點。每個巷道應(yīng)該包括8個測量點。

3 礦壓顯現(xiàn)特征分析

3.1 對觀測數(shù)據(jù)的分析

頂板來壓包括基本頂周期來壓、初次來壓、直接板初次垮落幾個內(nèi)容，來壓需要采取以下的方式進(jìn)行確定：

第一，選擇同一條件觀測值，將工作面推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，將觀測值作為縱坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)繪制出兩者之間的曲線關(guān)系，進(jìn)行觀察，看是否存在規(guī)律性峰值，若存在規(guī)律性峰值，則可以初步判定有基本頂周期來壓或者初次來壓的情況。

第二，如果出現(xiàn)上述的情況，則需要根據(jù)礦壓觀測值計算出其方差與平均值，根據(jù)數(shù)值的變化情況確定出來壓的步距以及基本頂來壓峰值。

第三，最后一步則是判斷來壓的實際強(qiáng)度，這需要使用動壓系數(shù)來判斷相關(guān)的數(shù)值與指標(biāo)，計算出基本頂周期來壓工作阻力和非周期來壓工作阻力的比值。

本組工作面觀測結(jié)果顯示，礦壓異常數(shù)據(jù)情況詳見表1。

3.2 礦壓顯現(xiàn)特征分析

根據(jù)工作面的實際情況，以距煤礦3.4m與1.25m頂?shù)装逡平孔鳛榭v坐標(biāo)，將推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)制作測站曲線，結(jié)果顯示，工作面中，上部測站、中部測站與下部測站初次來壓出現(xiàn)也較大的波動，其布距為9.2-31.4m，平均初次來壓步距為20.7m，下部測站較大，為31.4m，中部測站居中，為20.8m，上部測站較小，為10.2m，采場周期的來壓步距為6-11m，平均來壓步距為8.8m。

導(dǎo)致以上情況出現(xiàn)的根本原因是由于上部測站、中部測站與下部測站的煤層厚度不均勻，在煤層較厚的位置，來壓步距較小，煤層較薄的位置，來壓步距較大，三個測站平均支柱載荷為6.7MPa，初次來壓動載系數(shù)是1.6，來壓平均值是11.3MPa，在不同的工作面位置，來壓動載并無顯著的差異，但是上部測站、中部測站與下部測站動載系數(shù)有著較大的波動，老頂周期來壓支柱載荷的平均測量值是5.4MPa，平均動載系數(shù)是1.64，動載系數(shù)波動情況嚴(yán)重。

測量結(jié)果顯示，工作面支柱平均荷載數(shù)值是47.28kN，最大載荷是172.6kN，工作阻力與初撐力大致相同，但是，本工作面支柱上方為媒體，質(zhì)地較軟，在壓力的影響下會出現(xiàn)壓裂松軟的情況，支撐力傳遞情況不理想，支柱載荷較小。

3.3 超前壓力規(guī)律分析

超前壓力規(guī)律表現(xiàn)出如下的特征：

第一，在回采工作面前方的0-2m內(nèi)，屬于支承壓力降壓位置，這是由于煤壁受壓導(dǎo)致，在這一范圍中，煤壁出現(xiàn)了塑料性變形的情況，支護(hù)十分的困難。

第二，在回采工作面前方2-8m位置，屬于支承壓力升高位置，在這一范圍中，支承壓力較大，巷道頂?shù)装逡苿铀俣纫草^快。

第三，在回采工作面前方8-10m位置，屬于支承壓力峰位置，在這一范圍中，支承壓力迅速的升高，在最高時會達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)的2.2倍，與此同時，雙側(cè)巷道頂?shù)装逡平俣纫苍絹碓娇臁?/p>

第四，在回采工作面前方的10-47m位置，屬于支承壓力下降位置，在這一范圍中，支承壓力在急劇下降之后變?yōu)榫徛陆担湟平俣纫渤尸F(xiàn)出一種趨勢性的變化，在處理數(shù)據(jù)時，結(jié)果顯示支承壓力呈現(xiàn)出波浪狀的變化趨勢，其根本原因是由于上覆巖層鍛煉所導(dǎo)致。

4 結(jié)束語

通過優(yōu)化工作面目前的支護(hù)參數(shù)及效果，在改善參數(shù)條件及效果以后，能夠為制定后續(xù)工作面等方面打下夯實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂超杰，梁文立，魯曉杰，陳學(xué)海，王志浩.懸移液壓支架在“三軟”煤層工作面的應(yīng)用[J].科技信息，2009（29）.

[2]于海軍，梁冰，李剛.“三軟”厚煤層綜放工作面礦壓規(guī)律及支架適應(yīng)性分析[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（03）.

[3]索永錄.Characteristics of ground behavior of fully mechanized caving faces in hard thick seams[J]. Journal of Coal Science & Engineering（China），2003（02）.

[4]Song Xuanming，Qian Minggao ctc.Study on increasing coal-drawing rate by fissure''s coupling technique in fully mechanized and sublevel caving. Proceeding of the international mining tech.97 symposium，1997.endprint

摘 要：文章分析和探討了葛店煤礦的炮采放頂煤工作面礦壓情況，了解礦壓強(qiáng)度、應(yīng)力集中系數(shù)、巷道的變形及顯現(xiàn)程度等特點，并掌握影響工作面回采程度的因素，變化范圍以及峰值。通過優(yōu)化目前的支護(hù)參數(shù)及效果，在改善參數(shù)條件及效果以后，為制定后續(xù)工作面等方面打下夯實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：炮采工作面；支撐壓力；支護(hù)設(shè)計

1 描述工作面情況

22031是一個長度為100m，440m傾向長，煤層為6.5-1.6m厚度，平均厚度為4.2m的工作面。煤層傾角的平均值為15°。該礦的直接頂主要由細(xì)粒砂巖和中粒砂巖構(gòu)成，伴有小部分的泥巖，整個層面碳質(zhì)和云母巖豐富。老頂主要是中粒砂巖。頂板為穩(wěn)定型，有很好的地質(zhì)條件。由泥巖和碳質(zhì)泥巖所構(gòu)成的直接地板，呈灰黑色，可見到斑點狀的云母和黃鐵。底板的巖性松軟，地質(zhì)條件較差。

2 觀測礦壓的方案

設(shè)置三個位于工作面斜方向上的觀測站。在采煤工作面的正上方設(shè)置第一個測站，這個測站應(yīng)和回風(fēng)順槽保持15米的距離；在采煤工作面的中部設(shè)立第二個測站；在采煤工作面的下部設(shè)置第三個測站，與回風(fēng)順槽保持15米的距離。放置3條測線于每個觀測站，用于實際測量支柱載荷量和頂?shù)装宓囊苿泳嚯x。利用進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽測量巷道表面移動距離。以工作面為中心向外平均5米設(shè)置一個壓力測量點。每個巷道應(yīng)該包括8個測量點。

3 礦壓顯現(xiàn)特征分析

3.1 對觀測數(shù)據(jù)的分析

頂板來壓包括基本頂周期來壓、初次來壓、直接板初次垮落幾個內(nèi)容，來壓需要采取以下的方式進(jìn)行確定：

第一，選擇同一條件觀測值，將工作面推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，將觀測值作為縱坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)繪制出兩者之間的曲線關(guān)系，進(jìn)行觀察，看是否存在規(guī)律性峰值，若存在規(guī)律性峰值，則可以初步判定有基本頂周期來壓或者初次來壓的情況。

第二，如果出現(xiàn)上述的情況，則需要根據(jù)礦壓觀測值計算出其方差與平均值，根據(jù)數(shù)值的變化情況確定出來壓的步距以及基本頂來壓峰值。

第三，最后一步則是判斷來壓的實際強(qiáng)度，這需要使用動壓系數(shù)來判斷相關(guān)的數(shù)值與指標(biāo)，計算出基本頂周期來壓工作阻力和非周期來壓工作阻力的比值。

本組工作面觀測結(jié)果顯示，礦壓異常數(shù)據(jù)情況詳見表1。

3.2 礦壓顯現(xiàn)特征分析

根據(jù)工作面的實際情況，以距煤礦3.4m與1.25m頂?shù)装逡平孔鳛榭v坐標(biāo)，將推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，以此為基礎(chǔ)制作測站曲線，結(jié)果顯示，工作面中，上部測站、中部測站與下部測站初次來壓出現(xiàn)也較大的波動，其布距為9.2-31.4m，平均初次來壓步距為20.7m，下部測站較大，為31.4m，中部測站居中，為20.8m，上部測站較小，為10.2m，采場周期的來壓步距為6-11m，平均來壓步距為8.8m。

導(dǎo)致以上情況出現(xiàn)的根本原因是由于上部測站、中部測站與下部測站的煤層厚度不均勻，在煤層較厚的位置，來壓步距較小，煤層較薄的位置，來壓步距較大，三個測站平均支柱載荷為6.7MPa，初次來壓動載系數(shù)是1.6，來壓平均值是11.3MPa，在不同的工作面位置，來壓動載并無顯著的差異，但是上部測站、中部測站與下部測站動載系數(shù)有著較大的波動，老頂周期來壓支柱載荷的平均測量值是5.4MPa，平均動載系數(shù)是1.64，動載系數(shù)波動情況嚴(yán)重。

測量結(jié)果顯示，工作面支柱平均荷載數(shù)值是47.28kN，最大載荷是172.6kN，工作阻力與初撐力大致相同，但是，本工作面支柱上方為媒體，質(zhì)地較軟，在壓力的影響下會出現(xiàn)壓裂松軟的情況，支撐力傳遞情況不理想，支柱載荷較小。

3.3 超前壓力規(guī)律分析

超前壓力規(guī)律表現(xiàn)出如下的特征：

第一，在回采工作面前方的0-2m內(nèi)，屬于支承壓力降壓位置，這是由于煤壁受壓導(dǎo)致，在這一范圍中，煤壁出現(xiàn)了塑料性變形的情況，支護(hù)十分的困難。

第二，在回采工作面前方2-8m位置，屬于支承壓力升高位置，在這一范圍中，支承壓力較大，巷道頂?shù)装逡苿铀俣纫草^快。

第三，在回采工作面前方8-10m位置，屬于支承壓力峰位置，在這一范圍中，支承壓力迅速的升高，在最高時會達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)的2.2倍，與此同時，雙側(cè)巷道頂?shù)装逡平俣纫苍絹碓娇臁?/p>

第四，在回采工作面前方的10-47m位置，屬于支承壓力下降位置，在這一范圍中，支承壓力在急劇下降之后變?yōu)榫徛陆担湟平俣纫渤尸F(xiàn)出一種趨勢性的變化，在處理數(shù)據(jù)時，結(jié)果顯示支承壓力呈現(xiàn)出波浪狀的變化趨勢，其根本原因是由于上覆巖層鍛煉所導(dǎo)致。

4 結(jié)束語

通過優(yōu)化工作面目前的支護(hù)參數(shù)及效果，在改善參數(shù)條件及效果以后，能夠為制定后續(xù)工作面等方面打下夯實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]呂超杰，梁文立，魯曉杰，陳學(xué)海，王志浩.懸移液壓支架在“三軟”煤層工作面的應(yīng)用[J].科技信息，2009（29）.

[2]于海軍，梁冰，李剛.“三軟”厚煤層綜放工作面礦壓規(guī)律及支架適應(yīng)性分析[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2008（03）.

[3]索永錄.Characteristics of ground behavior of fully mechanized caving faces in hard thick seams[J]. Journal of Coal Science & Engineering（China），2003（02）.

[4]Song Xuanming，Qian Minggao ctc.Study on increasing coal-drawing rate by fissure''s coupling technique in fully mechanized and sublevel caving. Proceeding of the international mining tech.97 symposium，1997.endprint