龍泉煤礦4201首采工作面礦壓規(guī)律研究

摘要：龍泉煤礦是太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的新建主力礦井之一，首采工作面為4201工作面。文章對4201工作面的礦壓規(guī)律進(jìn)行了長期觀察，并將有關(guān)資料進(jìn)行歸納分析總結(jié)。龍泉煤礦頂板運動規(guī)律的掌握，為該礦合理組織生產(chǎn)、實行科學(xué)管理頂板、實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：龍泉煤礦；礦壓規(guī)律；周期來壓；頂板管理；首采工作面 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD353 文章編號：1009-2374（2015）10-0171-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0936

龍泉煤礦是太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司的新建礦井之一，礦壓規(guī)律沒有參考資料和現(xiàn)實依據(jù)。為了科學(xué)合理安全高效地開采煤炭資源，必須熟知該礦礦壓規(guī)律并合理利用規(guī)律組織生產(chǎn)，實行科學(xué)管理頂板，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

1 首采工作面基本概況

龍泉煤礦首采面平均厚度6.47m，采用綜采放頂煤開采技術(shù)進(jìn)行開采。首采面4201工作面4#煤層頂板為灰白色中粒砂巖，石英為主，含長石及暗色礦物，分選磨園差，泥質(zhì)膠結(jié)。底部為泥巖，含植物葉片化石。4#煤強(qiáng)度較低，普氏系數(shù)小于1，煤層自燃傾向為Ⅱ級，屬于自燃煤層。

2 礦壓觀測的目的

（1）利用上覆巖層隨工作面推進(jìn)時的運動規(guī)律為綜采工作面的安全、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、高產(chǎn)、高效創(chuàng)造良好條件；（2）對正在使用的液壓支架適應(yīng)性進(jìn)行考察；（3）對礦壓進(jìn)行觀測有利于該礦瓦斯治理；（4）通過對龍泉煤礦的礦壓觀測，掌握4201綜放工作面開采的一系列礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，為該面和后續(xù)回采工作面管理提供一定的技術(shù)參考以及為接替回采工作面的優(yōu)化設(shè)計提供一定的技術(shù)依據(jù)。

3 頂板來壓步距判定

以工作面的推進(jìn)度為橫坐標(biāo)，以支架的工作阻力的統(tǒng)計平均值為縱坐標(biāo)，繪制支架工作阻力隨推進(jìn)度變化的曲線。

以實測阻力平均值（）加其一至二倍均方差

（）作為頂板來壓的判據(jù)（），并以實測曲線中支架阻力大于為主，確定頂板的來壓性質(zhì)、位置和順

序。即：

基本頂來壓的判別準(zhǔn)則：

式中：

——工作阻力來壓判定值

——支架的工作阻力平均值

——支架的工作阻力的均方差統(tǒng)計值

4 礦壓監(jiān)測設(shè)備

4.1 設(shè)備簡介

4201工作面支架載荷和巷道礦山壓力顯現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備，采用尤洛卡礦業(yè)安全股份有限公司生產(chǎn)的KJ216煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是主要對綜采支架工作阻力等礦山壓力顯現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測。系統(tǒng)將計算機(jī)監(jiān)測技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和傳感器技術(shù)融為一體。實現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下采場礦山壓力運移規(guī)律等的在線監(jiān)測，對可能的頂板災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。

該設(shè)備具有操作簡單、界面友好的特點，可以自動將液壓支架的受力狀態(tài)收集，并根據(jù)用戶要求自動計算時間加權(quán)平均值。用戶只需根據(jù)實際情況輸入每日工作面的推進(jìn)度，該軟件便可自動繪制支架壓力曲線。但是該設(shè)備也有一定的缺點，例如對機(jī)頭機(jī)尾支架的測力不夠準(zhǔn)確、工作面長時間停產(chǎn)也會影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此我們在實際使用過程中應(yīng)該剔除這些誤差較大的數(shù)據(jù)。

4.2 監(jiān)測設(shè)備的安裝

4201工作面開采煤層平均厚度6.47m，液壓支架是鄭煤機(jī)生產(chǎn)的四柱掩護(hù)式放頂煤液壓支架，工作面傾斜長250m，工作面支架為147架，其中排頭架ZFG13000/28/43共3架、排尾架ZFG13000/28/43共4架、端頭架ZT20000/28/45共2架、中間支架ZF10000/22/43共138架。液壓支架設(shè)置有壓力和位移傳感器、電磁閥，可以實現(xiàn)手動和聯(lián)動動作，具有支護(hù)阻力大、操作方便的特點。其中，布置監(jiān)測儀器的支架共計29架，分別在2#、32#、37#、42#、44#、77#、82#、92#、97#、127#、132#、137#、141#、142#支架布置壓力監(jiān)測分機(jī)，對工作面回采期間的頂板來壓對工作面支架工作阻力情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。

5 頂板活動規(guī)律

一般而言，工作面頂板活動情況主要是通過支架的工作阻力來判斷。判定方法首先是確定來壓步距，再確定來壓強(qiáng)度、動載系數(shù)等。通過對液壓支架工作阻力的觀測，可以清楚地了解頂板的來壓情況。

特厚煤層開采一次采出厚度增大，圍巖活動范圍必然增大，在相同地質(zhì)條件下，中厚煤層開采時的基本頂巖層在特厚煤層開采條件下將轉(zhuǎn)化為直接頂——以“懸臂梁”的形式存在。由于頂板中直接頂?shù)姆秶龃螅溆植荒苄纬煞€(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以將隨采隨冒的直接頂定義為下位直接頂；上位以“懸臂梁”的形式存在的直接頂定義為上位直接頂。

工作面壓力曲線如圖2至圖16所示，圖中縱向的粗線表示初次來壓，細(xì)線表示周期來壓，橫向粗線為來壓判據(jù)，虛線為上位直接頂初次跨落。

6 結(jié)語

當(dāng)工作面推進(jìn)24.1m左右時，工作面礦壓顯現(xiàn)明顯但不強(qiáng)烈，此時的來壓可認(rèn)為上位直接頂“懸臂梁”結(jié)構(gòu)的初次跨落。基本頂初次來壓步距均值為41.53m，平均周期來壓步距為11.0m。

作者簡介：劉水華（1986-），男，山西襄垣人，太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)管理部助理工程師，研究方向：煤礦采掘技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：王 波）