某礦首采工作面礦壓規律

溫賀興

(貴州文家壩礦業有限公司)

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某礦首采工作面礦壓規律

溫賀興

(貴州文家壩礦業有限公司)

A110602綜采工作面為某礦一分區首采面，針對其三軟煤層條件，進行了礦壓監測，并分析了其支架適應性，分析結果對于該礦設備選型、安全高效開采有一定的參考價值。

三軟煤層礦壓觀測礦壓規律

某礦設計年生產能力240萬t，設2個分區，現一分區首采面已進入聯合試運轉階段。工作面距地表87～115 m，其頂部主要為灰巖，風化嚴重，老頂穩定性較差，煤層松軟，抗壓性弱，底板遇水易軟化。由于該礦與周邊煤礦在頂板條件上有較大差別，加之國內對該類三軟煤層礦壓規律、頂板關鍵層結構研究深度欠缺，開采缺乏必要的理論與實踐指導[1-2]。以該礦A110602綜采工作面為例，對其礦壓進行監測，并對支架選型進行評價，為該礦后續分區采面的支架選用提供參考。

1　工作面概況

某礦屬于煤與瓦斯突出礦井，A110602綜采面布采6#煤層，傾長220 m，回采長度1 336 m，傾角14°～16°，煤層厚2.5～3.5 m，設計采高2.8 m。工作面西、南為礦界煤柱，其余為未采區域。煤層直接頂為厚6 m的砂質泥巖，老頂為厚12 m的灰巖。工作面采用ZY5000/17/38型掩護式支架,支護強度0.76～0.82 MPa，底板比壓0.93 MPa，工作阻力42.5 MPa，泵站額定值為31.5 MPa。

2　初次來壓步距計算

A110602綜采工作面為首采面，按照采面O-X型破斷形式，應按四邊固支條件進行計算[3]。來壓步距計算公式為

(1)

式中，h為基本頂厚度，m；Rt為基本頂抗拉強度，MPa；q為單位面積基本頂載荷，kN。

將h=6 m，Rt=1.862 MPa，q=1.811×105kN代入式(1)，計算得：L=28.4 m。

3　工作面礦壓監測

3.1礦壓監測方案

為掌握全面、具體的礦壓數據，礦壓監測從切眼開始至回采120 m止，工作面布設147臺支架共分7個測區，測區Ⅰ(14#、15#、16#架)、測區Ⅱ(29#、30#、31#架)、測區Ⅲ(54#、55#、56#架)、測區Ⅳ(72#、73#、74#架)、測區Ⅴ(92#、93#、94#架)、測區Ⅵ(112#、113#、114#架)、測區Ⅶ(132#、133#、134#架)[4]，如圖1所示。

圖1　工作面礦壓觀測測區布置

3.2工作面礦壓監測結果3.2.1工作面初采礦壓

采面礦壓監測設備布置完畢后的可采煤層厚2.7 m，為盡可能減少遺煤，采面采全厚。為盡早實現頂板垮落，減少初次來壓巨大載荷與過長瓦斯積聚的采空區，在布設設備期間已將錨索、桿鎖具解除，采面也布置成傾斜狀，初采期間壓力為25.5～32 MPa，上下兩端頭明顯較大，如圖2所示。采面在機尾推至26.4 m、機頭21.2 m時，支架后方采空區有劇烈的巖層斷裂聲、頂板明顯來壓，據此可判斷初次來壓到來，較預想提前2～7 m。

3.2.2老頂周期來壓

初次來壓之后采面逐步調直，調直段為21.2～45 m。期間有部分支架阻力急劇增大，對應煤壁片幫的情況[5]。在調直之后推至50.2，56.6，63.4，70.6 m水平時，有明顯片幫(深度0.5 ～0.9 m)，支架在來壓期間所承受的壓力與平時對比如圖3所示。相關礦壓監測數據見表1。由表1可知：各測區的周期來壓步距不一，主要呈現為凸字型，周期來壓步距為6.4～7.2 m，動載系數為1.31～1.49。

圖2　初采期間支架壓力

圖3　來壓期間支架壓力與平時支架壓力對比

4　支架適應性

支架支護強度的計算公式為

(2)

式中，P為工作面的支護強度，MPa；H為最大采高，3.4 m；γ為頂板巖石平均密度，2.83×103kg/m3；K為支架支護的頂板巖層厚度與采高之比，一般取4～8，本研究按最大值進行計算，取8[1,4]。

經式(2)計算得：P=0.78 MPa。計算結果在所使用的ZY5000/17/38支架支護強度范圍內。從使用情況反饋，該支架可較好地適應該工作面的煤層礦壓條件。

由相關監測結果可知，支架初撐力為25.5～32 MPa，與工作阻力的80%有較大差距，主要原因是供液距離過長。根據三軟煤層開采經驗，在立柱初撐力小、支撐系統剛度小的情況下，支架達到額定工作阻力的時間延長甚至一直無法達到額定工作阻力時，此時煤層頂板下沉量將急劇增大，勢必造成工作面煤頂壁片幫和端面破碎，周期來壓時上述現象更加突顯[5-6]。

5　結　語

以某礦A110602綜采工作面為例，對其進行了礦壓監測，對該工作面礦壓規律進行了分析，并討論了支架適應性，認為初采期間礦壓為兩端大、中部小；工作面初次來壓步距為24.2 m，周期來壓步距為6.4～7.2 m，來壓步距呈現兩端大、中間小的特點。建議將液壓設備放置于設備列車上，減少管路阻力消耗，提高初撐力，減少片幫現象的出現。

表1　周期來壓期間工作面各測區情況

[1]溫賀興，張東升，范鋼偉，等.近淺埋煤層大采高綜采面礦壓規律研究[J].山西大同大學學報：自然科學版，2013，29(5)：75-77.

[2]谷拴成，李昂，樊志斌，等.澄合礦區中厚煤層綜采面礦壓顯現特征研究[J].西安科技大學學報，2012，32(2)：186-192.

[3]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.

[4]張新蠻，曹懷建，韓磊.淺埋大采高綜采工作面礦壓顯現規律研究[J].煤炭工程，2012(2)：48-51.

[5]郭瑞瑞，楊永亮.軟煤層大采高綜采面片幫冒頂分析[J].陜西煤炭，2012(6)：79-80.

[6]王春華，丁仁政.大采高支架的適應性與穩定性分析[J].煤礦機械，2007，28(3)：47-49.

2016-06-07)

溫賀興(1987—)，男，助理工程師，552100 貴州省織金縣文騰社區。