耿村煤礦綜放工作面礦壓觀測及支架適應性分析

盧紅旗

（河南大有能源股份有限公司耿村煤礦,河南　三門峽　472431）

耿村煤礦綜放工作面礦壓觀測及支架適應性分析

盧紅旗

（河南大有能源股份有限公司耿村煤礦,河南三門峽472431）

摘要：通過對耿村煤礦2-3煤層13180綜放工作面開采過程中的頂板壓力觀測，掌握了該工作面的周期來壓步距及來壓強度。對支架主要參數進行計算，并根據實測礦壓數據分析液壓支架的適應性，探討了其應用效果，為同類工作面支架選型提供了技術保證。

關鍵字：綜放工作面；礦壓顯現；適應性

0　引言

綜采放頂煤工藝在厚煤層開采中已得到了廣泛的應用。國內外專家學者關于對綜放開采過程中，頂煤的破斷規律，煤巖體運移規律、工作面支承壓力分布等問題的研究也取得了一定的成果。通過大量的現場觀測及室內試驗發現，綜放工作面煤層開采厚度越大，支承壓力峰值位置離工作面越遠，支承壓力影響也越大[1]。工作面的支承壓力分布區域比較廣泛，其峰值區域大約位于工作面煤墻側7m左右范圍內[2-3]。本文以耿村煤礦2～3厚煤層13180工作面為研究背景，研究工作面礦壓顯現規律，綜合評價其支架的適應性與工作狀態，為工作面支架選型提供依據，對同等條件下綜放工作面開采，提高煤炭回收率都具有指導意義。

1　綜采工作面地質開采條件

13180綜放工作面位于耿村煤礦東三采區（2-3）煤軌道下山西翼，北側為已回采的13160工作面（二者相隔一個8m寬的煤柱），西部與南部為未開采的2-3煤實體。平均采深約580m。走向長度870m，傾斜長191m，煤層傾角10°～13.5°。采煤方法為綜放，一次采全高，割煤高度 2.8m，垮落法管理頂板。工作面采用液壓支架支護，額定初撐力30Mpa，額定工作阻力 38.9MPa，支護強度 1.14MPa，支架數量130架。該工作面地質構造簡單，煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構造，煤層直接頂板為灰黑色、黑色泥巖，煤層以上140m賦存350m厚礫巖層。煤層直接底為煤矸互層，老底為淺灰色細砂巖、淺灰色含礫砂巖及青灰色中粒砂巖。

2　在線監測系統

耿村煤礦采用礦用KJ653型工作阻力監測系統設備來對13180綜采工作面支架工作阻力進行在線監測，下位壓力的監測分站均有無線數據傳輸分站控制巡測，監測數據由數據傳輸分站以有線的形式傳輸至上為監測站。主站數據通過電話線將數據傳輸到地面計算機終端。分站設計了2個壓力監測通道，通道與液壓支架的回路通過高壓油管進行連接，從而實現連續監測液壓支架前后立柱的工作阻力。13180工作面共安裝13個壓力分站，每5架安裝一個監測分站，主站安裝位置在下巷口。

3　工作面頂板運動規律分析

觀測日期從 2014年03月02日 到 2014年03月18日，期間工作面推進距離24m累計推進距離共 46.75m。在數據分析處理過程中，上部選擇8#架、13#架，中部選擇48#架，53#架，下部選擇98#架、123#架做為礦壓分析的依據。

3.1頂板來壓步距判斷

根據液壓支架工作阻力監測數據和頂板巖層強度可知，13180工作面直接頂的初次來壓步距為14.5m，其垮落方式為直接垮落，初次來壓后直接定全部垮落，懸頂距離為0m。

13180工作面工作面老頂的平均初次來壓步距為 18.8m，工作面下部的初次來壓布局平均為20.2m，依次中部為17m，上部位19.3m。工作面下部老頂周期來壓步距最大為16.9m，最小為 5.5m，平均9.7m，工作面中部最大周期來壓步距為10.5m，最小為5.5m，平均步距為8.4m，由此可知13180工作面老頂最大周期來壓步距為20.2m，最小周期來壓步距為5.3m，平均為8.5m。

3.2基本頂來壓強度

工作面支架的動載系數是反應老頂來壓強度大小的關鍵指標之一，依據13180工作面液壓支架在線監控數據分析可知，該工作面的支架動載系數為1.05，來壓強度緩和。

注：來壓強度緩和（動壓系數在1～1.3之間），來壓強度較強（動壓系數在1.3～1.7之間），來壓強度劇烈（動壓系數大于1.7）。[4]

4　支架工作阻力評價

根據13180工作面工作面基本頂破斷結構特點，其液壓支架的合理支護強度為279.15KN/m2，該工作面液壓支架滿足其支護強度的要求。

4.1支架初撐力評價

對于整架來講，初撐力平均值為 10.76MPa，液壓支架初撐力的平均值與其額定初撐力的比值為 35.87%，統計得出的工作面液壓支架最大初撐力為 27.65MPa，其與該支架額定初撐力比值為 92.17%，由下圖1工作面實測初撐力分布比例圖可知：實測支架初撐力最大值占整個支護阻力區間的 3.31%。由此可以證明，支架初撐力適合工作面的強度需求。

圖1　實測初撐力分布區間

4.2支架循環末工作阻力評價

對于整架來講，循環末工作阻力平均值為18.02Mpa,循環末工作阻力平均值與額定工作阻力的比值為46.33%；最大循環末工作阻力為33.11MPa，工作面實測支架循環末工作阻力最大值與該支架額定工作阻力比值為85.13%，由圖2實測支架循環末阻力分布區域可知：實測循環末工作阻力最大值占整個支護阻力區間的5.05%，由此可見，在此工作面該型號支架是完全適合支撐工作面頂板。

圖2　循環末工作阻力實測值分區區間圖

4.3時間加權平均工作阻力評價

通過對監測數據進行統計分析，該液壓支架時間加權平均工作阻力的平均值為14.6MPa，其平均值與該支架的額定工作阻力比值37.54%，其最大時間加權平均工作阻力為29.53MPa，其最大值與額定工作阻力的比值為75.91%，由圖3可知：在13180工作面采用四柱式型號支架支撐頂板是滿足頂板支護強度需要的。

圖3　時間加權平均阻力實測值分布區間

5　結論

本次礦壓監測選擇在耿村煤礦13180工作面中進行。通過對13180工作面礦壓監測，獲得該工作面初次來壓步距和周期來壓步距，并對支架的適應性進行了分析，從而為煤礦安全生產提供了理論依據。得出的主要結論如下：

（1）工作面直接頂初次垮落步距為13m～17m，懸頂距為0m，直接頂的垮落方式為直接垮落；基本頂初次來壓步距17m～21m，平均為18.795m，周期來壓步距5.2m～20.1m，平均為8.505m，來壓強度緩和。

（2）對于整架來講，初撐力平均值為10.76MPa，初撐力平均值與額定初撐力的比值為35.87%；循環末工作阻力平均值為18.02MPa，循環末工作阻力平均值與額定工作阻力的比值為46.33%；時間加權平均工作阻力平均值為14.6MPa，時間加權平均工作阻力平均值與額定工作阻力的比值為37.54%。

參考文獻：

[1]耿獻文.礦山壓力控制技術[M].徐州：中國礦業大學出版社,2002.

[2]王家臣.厚煤層開采理論與技術[M].北京：北京冶金工業出版社，2009.

[3]錢鳴高,劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業出版社,1984.

[4]周楚良.礦上壓力實測技術[M].徐州：中國礦業大學出版社,1987.

作者信息：盧紅旗（1976—），男，河南濟源人，學士，工程師，現從事沖擊地壓防治技術管理及研究工作。