某礦大采高綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

石 明

(霍州煤電集團(tuán)李雅莊煤礦, 山西 霍州 031400)

1 前言

某礦井田內(nèi)可采煤層共3層，分別為9、14、15#煤層，其中15#煤層全井田穩(wěn)定可采，是井田內(nèi)主要可采煤層。15#煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層總厚度最大7.48m，最小6.95m，平均煤厚7.21m。

某綜放工作面15109位于一采區(qū)，開采15#煤層，走向長1 172m，傾斜長150m，面積約175 800m2，工作面位于15111工作面以西，15108工作面以東。

該工作面煤層頂板屬堅(jiān)硬頂板，且整體性較好。綜放工作面采用走向長壁后退式開采，全部垮落法控制頂板，采用“一采一放追機(jī)放頂煤”的作業(yè)方式。采用MG300/700- WD型雙滾筒采煤機(jī)雙向割煤、裝煤。15#煤層屬中厚煤層，回采工作面選用支撐掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，其中ZTG- 6500/18/30型液壓支架(特殊架)4架，機(jī)頭、機(jī)尾各兩架；ZF- 5000/17/28型液壓支架(普通架)100架。支護(hù)寬度為1.43～1.60m，支護(hù)面積為5.38～7.14m2,架中心距為1.50m，工作面最大控頂距為5.243m，最小控頂距為4.443m，初撐力為3 770kN，工作阻力為5 000kN(510t)。工作面布置如圖1所示。

為分析回采空間支架與圍巖相互作用關(guān)系，為合理選擇采煤參數(shù)、支護(hù)方式和頂板控制方法提供理論依據(jù)，現(xiàn)對15109綜放面進(jìn)行礦壓觀測。

2 觀測設(shè)備和測點(diǎn)布置

2.1 工作面礦壓觀測設(shè)備及方法

該綜放工作面礦壓觀測設(shè)備采用YHY- 60型礦用液壓支架測力儀、FCH64/0.5型礦用手持采集器監(jiān)測支架工作狀況。本工作面設(shè)定采樣周期為10min，采集數(shù)據(jù)寄存在測力儀存儲器內(nèi)，再由礦用手持采集器用紅外采集方法采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)方便、完整。將FCH64/0.5型礦用手持采集器攜帶至井上后通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳送到PC計(jì)算機(jī)處理。監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖1 15109綜放工作面布置圖

2.2 測點(diǎn)布置

液壓支架測力儀具有兩個(gè)壓力測孔，可同時(shí)測量兩個(gè)測點(diǎn)的壓力，每組測力儀兩個(gè)壓力通道分別測支架的前立柱和后立柱的壓力。用礦用手持采集器每3天采集1次數(shù)據(jù)。

圖2 監(jiān)測系統(tǒng)組成示意圖

由于工作面布置有內(nèi)錯(cuò)尾巷和高抽巷，15109工作面測區(qū)布12組測力儀，分析沿工作面走向方向不同部位頂板的來壓規(guī)律、支架的支護(hù)質(zhì)量以及開采邊界條件的影響，整體研究15109綜采面采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和支架工況，從而掌握整個(gè)工作面的壓力分布情況，以采取針對性的有效控制措施[1]。每組測力儀分別監(jiān)測支架左前柱和右后柱工作阻力，監(jiān)測記錄時(shí)間間隔10min/次。具體位置和編號見表1，同時(shí)觀測每個(gè)測區(qū)處煤壁的片幫、端面的冒頂情況，掌握工作面不同部位及整個(gè)工作面的礦壓顯現(xiàn)情況。

表1 工作面液壓支架測力儀分布情況

2.3 觀測時(shí)間與要求

工作面從開切眼回采開始進(jìn)行礦壓觀測，支架阻力連續(xù)觀測將進(jìn)行到形成幾個(gè)周期來壓即可。以上觀測內(nèi)容需要連續(xù)觀測，即在規(guī)定的觀測起始時(shí)間內(nèi)，確保每天觀測一次，一般安排在檢修班由科研人員或技術(shù)人員進(jìn)行觀測，并及時(shí)輸入計(jì)算機(jī)[2]。

3 綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

3.1 15109工作面頂板來壓實(shí)測

監(jiān)測期間工作面運(yùn)輸巷一側(cè)推進(jìn)99.4m，回風(fēng)巷一側(cè)推進(jìn)99.7m，平均推進(jìn)99.6m，共完成166個(gè)循環(huán)。YHY- 60型礦用液壓支架測力儀監(jiān)測時(shí)間為10min/次，每個(gè)立柱每天監(jiān)測數(shù)據(jù)量為144個(gè)，工作面12個(gè)支架24個(gè)立柱每天的監(jiān)測數(shù)據(jù)量為144×24=3 456個(gè)，監(jiān)測期間總計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)141 696個(gè)。該觀測儀器對液壓支架工作阻力數(shù)據(jù)高密度、及時(shí)地監(jiān)測，為準(zhǔn)確分析工作面礦山壓力變化規(guī)律創(chuàng)造了條件。

在15109綜放工作面設(shè)置12個(gè)礦壓觀測測點(diǎn)(具體位置和編號見表1)，連續(xù)監(jiān)測采集工作面各測點(diǎn)支架的工作阻力，采集的數(shù)據(jù)儲存在測力儀存儲器內(nèi)，再通過紅外采集方法由FCH64/0.5型礦用手持采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)攜帶至井上后通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。本次僅分析運(yùn)輸巷道一測1#、2#測力儀，工作面中部6#、7#測力儀及回風(fēng)巷道一測11#、12#測力儀，現(xiàn)將各個(gè)觀測點(diǎn)的直接頂初次垮落、基本頂初次來壓及周期來壓時(shí)工作面推進(jìn)距離進(jìn)行整理，具體數(shù)據(jù)見表2。

通過表2可以看出，15109綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律見表3。

表2 15109綜放面礦壓觀測數(shù)據(jù)

表3 15109綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

3.2 15109工作面礦壓觀測結(jié)果分析

通過以上對15109綜放工作面礦壓觀測及資料分析結(jié)果，可以得出：

(1)工作面采用“一采一放追機(jī)放頂煤”的作業(yè)方式，放煤步距為0.6m，頂煤初次垮落后，支承壓力的破煤作用不斷提高，同時(shí)也為頂煤的繼續(xù)垮落開出了自由面，因此進(jìn)入正常推進(jìn)階段，頂煤可隨采隨冒。

(2)根據(jù)現(xiàn)場觀察及數(shù)據(jù)分析得出， 15109綜放面回采過程中，直接頂初次垮落平均步距為4m，基本頂初次來壓平距步距為18.6m，周期來壓平均步距為10.7m。其中工作面運(yùn)輸巷道一測基本頂初次來壓平均步距為17.5m、工作面中部基本頂初次來壓平均步距為18.8m、工作面回風(fēng)巷道一側(cè)基本頂初次來壓平均步距為19.5m；工作面中部周期來壓步距較兩端相比要小。

(3)由于工作面兩側(cè)推進(jìn)速度不同，導(dǎo)致工作面來壓不同步。15109工作面推進(jìn)過程中回風(fēng)巷道一側(cè)推進(jìn)速度較運(yùn)輸巷道一側(cè)推進(jìn)速度快。根據(jù)礦壓觀測數(shù)據(jù)分析得出，15109工作面運(yùn)輸巷道初次來壓顯現(xiàn)較回風(fēng)巷道早。運(yùn)輸巷道的礦壓顯現(xiàn)出現(xiàn)在工作面推進(jìn)至17m時(shí)工作面頂板壓力明顯增大?；仫L(fēng)巷道的礦壓顯現(xiàn)出現(xiàn)19m時(shí)工作面頂板壓力明顯增大。15109工作面初次來壓平均步距為18.6m。

(4)綜采支架工作狀態(tài)正常，支架設(shè)計(jì)初撐力得到較好的發(fā)揮，支架的額定工作阻力已得到充分發(fā)揮。

4 結(jié)論

(1)15109綜放工作面直接頂初次垮落平均步距為4m，基本頂初次來壓平距步距為18.6m，周期來壓平均步距為10.7m。

(2)由于工作面兩側(cè)推進(jìn)速度不同，導(dǎo)致工作面來壓不同步。

(3)綜采支架工作狀態(tài)正常，支架設(shè)計(jì)初撐力得到較好的發(fā)揮，支架的額定工作阻力已得到充分發(fā)揮。