綜放工作面采場礦壓顯現規律實測研究

王益清

（山西離柳焦煤集團有限公司，山西 孝義 032310）

綜合機械化放頂煤開采技術的發展使厚煤層整層開采成為了現實，目前，我國長治、平頂山、朔州、神東等礦區均采用了放頂煤開采技術。放頂煤開采技術具有開采工藝簡單、安全水平高、高產高效等多重優點，但其采高和頂煤厚度較大，容易出現煤壁片幫和端頭頂煤冒漏等現象。掌握綜放工作面礦壓顯現規律，可以提前采取措施對煤壁和頂煤進行控制，對于優化生產系統和提高安全生產水平具有重要的意義。1501工作面是某礦井技改后的首采工作面，對于放頂煤工作面礦壓顯現規律了解較貧乏，故組織專業技術人員進行該工作面礦壓顯現規律實測，以期指導該工作面安全回采，為礦井生產積累經驗。

1 工作面概況

1501工作面是礦井升級改造后的首采工作面，所采煤層為太原組15＃煤層，工作面南部為1503工作面，北部和西部為尚未規劃的實體煤，東部為采區上山。15＃煤層厚度為4.2～5.3m，平均為4.8m，傾角為4°～14°，平均為7.5°；煤層底板標高為+1150 m～+1185 m，平均為+1165m，地面標高為+1370m～+1506m，平均為1458m；煤層中夾有1～2層炭質泥巖，夾矸厚度為0.2～0.45m。工作面設計走向長度為1024m，傾向長度為160m；采高為2.4m，放煤高度為2.4m，采放比為1∶1；通風方式為“一進一回”式，即運輸巷進風，回風巷回風。1501工作面偽頂為厚度0～1.45m 的炭質泥巖，炭質泥巖質軟易碎，部分區域節理裂隙較發育；直接頂為3.45～12.34m 的灰黑色泥巖、粉砂巖，泥巖致密性較好，粉砂巖泥質膠結，節理裂隙較發育；基本頂為厚6.5～8.2m 的石灰巖，該石灰巖致密性較好，硬度較高；直接底為厚2.3～4.1 m 的泥巖，泥巖質軟，遇水膨脹，含植物根部化石；基本底為厚4.6～8.5m 的灰黑色～黑色中粒砂巖和粉砂巖，巖層堅硬致密，層理較發育。工作面共布置6臺ZFG-5200／19／32型放頂煤支架，中間布置100 臺ZF4400／17／30 型放頂煤支架，中間架額定工作阻力為4400kN，額定初撐力為3956 kN。

2 礦壓觀測方案設計

液壓支架載荷變化能夠較好地反應工作面來壓情況，據此在采場布置礦壓觀測站。根據1501工作面實際開采情況，共布置3 個測站（見圖1），分別距上端頭20 m、80 m、140m，每個測站布置兩條測線，在測線對應的液壓支架上布置一臺壓力檢測儀。該檢測儀主要用以實時記錄支架載荷的變化情況。為了更好地掌握1501工作面采場礦壓顯現特征，應對采場煤壁片幫情況做統計分析，找出煤壁片幫規律，進一步補充采場礦壓顯現特征。

圖1 1501綜放工作面礦壓觀測站布置示意

3 礦壓觀測分析

3.1 頂板來壓特征分析

初次來壓期間：隨著工作面從開切眼逐步推進，所測支架載荷有逐漸增大趨勢，當推進至12m 位置處直接頂開始垮落，當推至16m 時直接頂完全垮落；在28m 前載荷增大趨勢較緩慢，在28～30m 范圍內，支架載荷陡然增大，采空區上方頂板出現折裂聲，工作面煤壁也出現不規則片幫現象，說明此時基本頂來壓步距為28～30m。對觀測期間支架載荷進行統計分析，可得所觀測支架平均載荷為2403kN，最大為4425kN（見圖2）。

周期來壓期間：隨著工作面的進一步推進，所測支架載荷出現明顯的周期性變化。由圖2可知，分別在距離初次來壓位置12m、10m、7m、13m 和7m，說明周期來壓步距為7～13m，平均為9.8m；觀測期間所測支架平均載荷為2625kN，最大載荷為4436kN，且超出額定工作阻力的統計次數并不多，說明該支架適應性較好，能夠滿足該工作面支護需求。

圖2 1501綜放工作面支架工作阻力隨推進變化曲線

3.2 支架工作阻力分布

對所測支架安裝的壓力檢測儀數據進行統計分析，將支架載荷按照400kN劃定區間繪制成柱狀（見圖3）。由圖3可知，1501綜采工作面液壓支架載荷分布呈現近似正態分布，支架載荷普遍較低，支架處于低支撐狀態，主要分布在1600～2800kN 范圍內，約占總統計次數的60.79%；超出額定工作阻力次數較小，僅占總統計次數的1.12%。由圖2對所測支架初撐力進行分析，可得支架平均初撐力為1468kN，約為額定初撐力的37.1%。分析支架處于低支撐狀態的主要因素有：（1）工作面圍巖條件較好，頂板和頂煤自承能力較好，且采場處于低應力分布區間；（2）支架工在升架時未能給予足夠的初撐力，導致支架接頂狀態較差，不能夠真實反映頂板圍巖壓力；（3）供液系統不穩定或壓力值達不到標準值，導致支架載荷較低。該工作面支架載荷的另一特點就是初撐力較低，分析原因認為支架工升架時間偏短，支架尚未達到額定初撐力即停止升架，此外，供液系統存在跑、冒、滴、漏也會出現支架初撐力偏低現象。

圖3 1501工作面支架載荷分布柱狀

3.3 煤壁片幫分析

煤壁片幫是礦壓顯現特征之一，通過煤壁片幫的統計分析，可以更好地掌握礦壓顯現規律。通過近3個月的現場觀測，煤壁片幫呈現出明顯的周期性，發現在來壓之前，煤壁片幫現象不嚴重，片幫呈不規律性非連續小范圍片幫；在即將來壓時，煤壁片幫程度加劇，尤其在頂煤條件不好或者支架未及時護幫時片幫有加劇趨勢；在來壓期間，煤壁片幫程度明顯加劇，局部區域偶爾會出現大面積連續性片幫（見表1）。

表1 1501工作面煤壁片幫統計情況分析

4 結語

通過采場布置測站，掌握了1501工作面初次來壓步距、周期來壓步距、來壓強度和支架載荷分布特征等礦壓顯現特點；通過煤壁片幫統計，了解了煤壁片幫在工作面推進過程中的片幫規律。通過觀測可知，工作面支架載荷和初撐力普遍較低，一方面說明該工作面壓力較小，支架能夠滿足支護要求；另一方面說明支架對頂板不能形成有力支撐，不利于對工作面頂板進行維護。所以，在拉移支架過程中，要適當延長升架時間，確保支架達到合理的初撐力，同時加強供液系統的檢修和維護，確保乳化泵站壓力不小于30 MPa。在工作面即將來壓時，支架要做到帶壓移架，及時打開護幫板，盡量控制煤壁片幫和頂煤冒漏現象發生。

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