綜放工作面礦壓現(xiàn)場實(shí)測(cè)及支架適應(yīng)性分析

趙明

摘 要：在進(jìn)行現(xiàn)場礦壓觀測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)山西某礦綜放工作面合理支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行分析，得出了工作面支架載荷特點(diǎn)、周期來壓規(guī)律。通過對(duì)支架的適應(yīng)性進(jìn)行分析，得出3403工作面采用的ZF4400/17/28型放頂煤支架的額定工作阻力偏低，支護(hù)強(qiáng)度不能滿足工作面開采過程中對(duì)頂板支護(hù)的要求。

關(guān)鍵詞：綜放工作面;礦壓觀測(cè);支架適應(yīng)性;周期來壓

中圖分類號(hào)：TD323文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）29-0079-04

Abstract： Based on the field strata control observation， the support strength of fully mechanized caving face in practice coal mine was researched ， and the characteristics of support load in workface and periodic weighting were obtained by analyzing field measured data. By analyzing the supports adaptability， it could be summed up that the rated working resistance of sublevel caving hydraulic support ZF4400/17/28 adopted by 3403 workface was relatively low， support strength could not satisfy roof support when advancing and reasonable working resistance should be determined on the basis of measured data and roof movement law.

Keywords： fully mechanized caving face;mine pressure observation;suitability analysis of supports;periodic roof weighting

在我國煤炭資源中，厚煤層及特厚煤層儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的45.6%。隨著工業(yè)發(fā)展的需要和高產(chǎn)高效開采的迫切要求，綜放開采技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展[1-5]。隨著開采高度的增加，大采高綜放工作面礦壓顯現(xiàn)趨于強(qiáng)烈，而液壓支架作為綜采工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的關(guān)鍵設(shè)備，其適應(yīng)性對(duì)采場的支護(hù)作用尤為重要[6-8]。本文主要在綜放工作面礦壓觀測(cè)的基礎(chǔ)上，分析放頂煤支架的適應(yīng)性，研究綜放工作面的合理支護(hù)強(qiáng)度，以指導(dǎo)類似地質(zhì)及生產(chǎn)條件下煤礦采場的安全高效生產(chǎn)。

1 工程概況

實(shí)踐礦井位于山西省沁水煤田晉城礦區(qū)中部，主采3號(hào)煤層-石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，采煤方法為走向長壁與傾斜長壁相結(jié)合開采，煤層平均埋深約300m，傾角0°～5°，普氏硬度F=3。3403工作面長175m，回采巷道長1 400m，煤層平均厚度5.7m，采用綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤開采工藝（一采一放，機(jī)采2.7m，放頂煤3m，采放比約為1∶1.1），全部垮落法管理頂板，工作面頂?shù)装遒x存情況如表1所示。

3403工作面采用ZF4400/17/28型放頂煤液壓支架進(jìn)行支護(hù)，在開采過程中存在以下異常礦壓顯現(xiàn)情況：①在來壓期間，很大一部分支架工作阻力超過額定工作阻力，給工作面安全帶來了隱患;②回采過程中，部分支架嚴(yán)重?fù)p壞，如工作面中部有些支架四連桿被壓壞，支架立柱安全閥存在多處開啟和損壞現(xiàn)象，千斤頂存在壓彎、壓斷、漏液等故障。為了使該礦綜放工作面安全高效生產(chǎn)，避免發(fā)生事故，有必要開展綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和支架適應(yīng)性研究。

2 工作面礦壓觀測(cè)方案

3403工作面支架工作阻力觀測(cè)主要采用KJ-327型礦山壓力監(jiān)測(cè)儀對(duì)工作面支架的載荷及其工況進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)，在工作面按照分區(qū)布置原則布置了7個(gè)測(cè)站，測(cè)站位置分別為工作面上部端頭（7#）、上部測(cè)區(qū)（23#）、中部測(cè)區(qū)（38#、53#、68#）、下部測(cè)區(qū)（83#）和下部端頭（110#）液壓支架處，對(duì)工作面中部區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)。每套壓力儀除分別監(jiān)測(cè)同一支架前后柱立柱下腔的壓力情況外，還同時(shí)監(jiān)測(cè)左右相鄰架前后柱立柱下腔的壓力情況;其余支架通過支架自帶的機(jī)械式壓力表進(jìn)行讀數(shù)檢測(cè)。

3 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

依據(jù)工作面液壓支架工作阻力的監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)各測(cè)線支架的工作阻力進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，繪制支架工作阻力隨工作面推進(jìn)的變化情況。本次觀測(cè)過程中，工作面共推進(jìn)193m，取工作面的推進(jìn)距離為橫坐標(biāo)，工作阻力為縱坐標(biāo)，由此研究分析工作面沿走向的礦壓分布規(guī)律。

圖1（a）至圖1（d）分別為工作面上部（23#）、中部（53#）、下部（83#）和工作面平均支架工作阻力隨工作面推進(jìn)的變化曲線。通過分析圖1可知：各測(cè)站沒有明顯的周期來壓現(xiàn)象，靠近端頭的支架工作阻力相對(duì)于其他支架總體較小。這主要是因?yàn)楣ぷ髅鎯啥祟^附近受兩側(cè)煤體支撐，頂板下沉量較小，支架增阻比較小，工作阻力相對(duì)較小，工作面中間頂板下沉量比較大，支架工作阻力相對(duì)較大。

從現(xiàn)場觀測(cè)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)和對(duì)圖1的分析可得出工作面基本頂?shù)膩韷禾卣鳎Y(jié)果見表2和表3。工作面存在周期來壓現(xiàn)象，但周期來壓不明顯。此次分析階段共經(jīng)歷9次周期來壓，周期來壓步距最大值為34m，最小值為15m，平均值為20.7m;工作面老頂來壓時(shí)增載系數(shù)為1.06～1.32，平均為1.13，屬于來壓不明顯工作面。

4 工作面支架的適應(yīng)性分析

通過分析工作面實(shí)測(cè)的支架工作阻力，得出的液壓支架工作阻力分布情況如表4和圖2所示。

從上述圖表可得：①3403工作面上、下兩端頭附近支架工作阻力較小，中間支架工作阻力大;②3403工作面總體支架工作阻力分布頻率以28～35MPa所占比率（48.67%）最大，總體支架工作阻力大于額定工作阻力80%（28MPa）的比例高達(dá)75.04%（額定工作阻力為35MPa），說明支架留有的富余量比較小;③3403工作面各測(cè)站支架工作阻力大于額定工作阻力的比例高達(dá)26.37%，表明支架選型時(shí)額定工作阻力偏低;④工作面全體支架平均工作阻力為31.12MPa，占額定工作阻力的88.91%，實(shí)測(cè)最大工作阻力平均值為39.23MPa，占額定工作阻力的112.09%，這說明支架的額定工作阻力偏低，需要根據(jù)工作面的頂板活動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行設(shè)備重新設(shè)計(jì)和選型，進(jìn)一步提高支架的支撐能力。

5 結(jié)論

在現(xiàn)場觀測(cè)礦壓的基礎(chǔ)上，對(duì)綜放工作面合理支護(hù)強(qiáng)度進(jìn)行分析得出以下結(jié)論。

①由于放頂煤工作面兩端頭附近受兩側(cè)煤體支撐，頂板下沉量較小，導(dǎo)致端頭的支架工作阻力相對(duì)于其他支架總體較小。

②工作面周期來壓步距最大值為34m，最小值為15m，平均值為20.7m;老頂來壓時(shí)平均增載系數(shù)為1.13，屬于來壓不明顯工作面。

由此可見，支架的額定工作阻力偏低，需進(jìn)一步提高支架的支撐能力。

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