3112 綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與支架適應性探析

薛朝云

（山西大平煤業(yè)有限公司，山西 長治 046200）

淺埋厚煤層埋藏深度淺，開采厚度大，隨工作面推進，覆巖懸露面積逐漸增大，時常伴有大面積片幫、冒頂和壓架事故發(fā)生，嚴重制約了工作面安全高效生產(chǎn)[1-4]。對此，國內(nèi)學者專家和礦山科技工作者進行了大量研究，得到了諸多有益成果，極大推動了我國淺埋厚煤層綜放開采技術(shù)的應用。張英卓等分析了盛鑫煤礦51101 綜采面來壓劇烈的原因，并基于對礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，確定了來壓步距[5]。楊真等采用支架監(jiān)測和微震監(jiān)測技術(shù)對42202 綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進行分析，指出采場覆巖所形成的砌體梁和懸臂梁結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)是淺埋綜采面礦壓顯現(xiàn)強烈的主要原因[6]。基于上述研究成果，通過現(xiàn)場觀測大平煤礦3112 綜采面支架工作阻力，超前支承壓力分布情況，對3112 綜采面來壓規(guī)律和支架適應性進行研究和分析。

1 工程概況

3112 綜采面位于+650 m 水平一采區(qū)，主采3#煤層，平均埋深294 m，煤層厚度5.90～6.48 m，平均厚度6.19 m，為典型淺埋厚煤層。工作面設計開采長度1154 m，傾斜長度191 m，煤層傾角5°～15°，平均傾角10°。煤層含一層厚度為0.1～0.5 m 的夾矸，結(jié)構(gòu)簡單，賦存穩(wěn)定，為全區(qū)可采煤層。3#煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 3#煤層頂?shù)装迩闆r

2 工作面礦壓顯現(xiàn)特征分析

2.1 頂板來壓步距及強度分析

為了掌握3112 綜采面回采過程中礦壓顯現(xiàn)特征，采用KJ327 礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)對工作面回采期間的支架工作阻力進行實時監(jiān)測。將工作面劃分為上部、中部和下部三個測區(qū)，每個測區(qū)內(nèi)設置三個測點[2,7]，其中上部測區(qū)內(nèi)測點分別設置在12#架、20#架和28#支架，中部測區(qū)內(nèi)測點分別設置在52#架、60#架和68#支架，下部測區(qū)內(nèi)測點分別設置在92#架、100#架和108#支架。將實測支護阻力加一倍均方差作為液壓支架來壓判據(jù)的評價標準[8]。測區(qū)劃分及測點布置如圖1。

圖1 3112 綜采面測站布置圖

由工作面內(nèi)三個測區(qū)支架測站監(jiān)測數(shù)據(jù)知，各測區(qū)內(nèi)三個測點支架的工作阻力曲線大體一致。現(xiàn)以1#測站（12#支架）、4#測站（52#支架）和7#測站（92#支架）為例進行分析，如圖2。

由圖2 可知，工作面基本頂初次來壓步距約為13.87～20.94 m，周期來壓步距約為7.68～10.16 m。非來壓期間，工作面上部測區(qū)支架工作阻力在3.31～22.69 MPa 范圍內(nèi)，中部測區(qū)支架工作阻力在3.83～33.77 MPa 范圍內(nèi)，下部測區(qū)支架工作阻力在3.97～33.26 MPa 范圍內(nèi)。來壓期間，工作面上部測區(qū)支架工作阻力在22.89～35.15 MPa 范圍內(nèi)，中部測區(qū)支架工作阻力在34.03～39.76 MPa 范圍內(nèi)，下部測區(qū)支架工作阻力在35.05～41.84 MPa 范圍內(nèi)。由此可見，3112 綜采面回采期間支架頂板壓力呈現(xiàn)出“下部＞中部＞上部”的分布規(guī)律，因此需加強對工作面下部和中部支架的管理。此外，工作面來壓期間，12#、52#和92#支架的平均動載系數(shù)分別為1.88、1.74 和1.82，即呈現(xiàn)出“中間小，兩端大”的分布特征，說明工作面上部和下部頂板壓力較為劇烈。結(jié)合現(xiàn)場工作面上部和下部支架安全閥開啟率較高，分別為13.02%和12.65%，而工作面中部支架安全閥開啟率僅為4.62%，故應適當提高工作面上部和下部支架的初撐力以加強對頂板的管理。

圖2 不同測站處支架工作阻力曲線

2.2 工作面超前支承壓力分析

為掌握工作面回采期間超前支承壓力分布規(guī)律，超前工作面100 m 處于3112 皮帶順槽內(nèi)布置3個應力監(jiān)測鉆孔，孔間距為2 m，孔徑為42 mm，孔深分別為9 m、12 m 和15 m。通過孔內(nèi)安裝的應力計對工作面回采期間煤壁前方支承壓力進行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 不同深度測點支承壓力變化曲線

由圖3 可知，在工作面前方100 m 范圍內(nèi)，不同深度測點支承壓力隨距工作面距離的減小，依次可劃分為緩慢增長段（距工作面距離大于50 m）、快速增大段（距工作面距離27～50 m 范圍內(nèi)）和快速減小段（距工作面距離小于27 m）。測點距工作面27～50 m 時，煤體支承壓力快速增大，表明工作面支承壓力影響范圍約為工作面煤壁前方50 m 內(nèi)。

3 支架適應性分析

液壓支架支護阻力頻率分布特征是反映支架適應性的關(guān)鍵參數(shù)之一[4-6]。基于對工作面回采期間支架工作阻力實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析后得到各測點支架支護阻力頻率分布圖，現(xiàn)以12#架、52#架和92#架為例進行支護阻力頻率分布規(guī)律分析，具體如圖4。

圖4 不同測站處支架工作阻力分布圖

由圖4 可知，上部測區(qū)12#支架和下部測區(qū)92#支架的工作阻力多小于3000 kN，在額定工作阻力中的占比分別達78.71%和77.97%；中部測區(qū)52#支架工作阻力小于3000 kN，在其額定工作阻力中的占比僅為47.28%，而在3000～4000 kN 范圍內(nèi)的工作阻力在額定工作阻力中的占比高達39.46%，表明中部測區(qū)52#支架的工作阻力相較于上部測區(qū)12#支架和下部測區(qū)92#支架較大，反映出工作面支架工作阻力呈現(xiàn)出兩端小、中間大的分布特征。此外，由圖4 還可知在工作面回采期間支架無超過其額定工作阻力的現(xiàn)象，即均低于4600 kN，表明所有支架均滿足頂板來壓期間對圍巖控制的需求。由此可見，3112 綜采面所采用的ZF4800-17/33 型液壓支架能夠滿足工作面圍巖控制需求，適應性較好。

4 結(jié)語

基于3112 綜采面實際工程地質(zhì)條件，通過對工作面回采期間液壓支架工作阻力和超前支承壓力的監(jiān)測與分析，對3112 綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律和支架適應性進行研究，主要得到以下結(jié)果：

（1）工作面基本頂初次來壓步距約為13.87～20.94 m，周期來壓步距約為7.68～10.16 m；支架頂板壓力呈現(xiàn)出“下部＞中部＞上部”的分布規(guī)律；工作面來壓期間，支架平均動載系數(shù)呈現(xiàn)出“中間小，兩端大”的分布特征。

（2）工作面前方100 m 范圍內(nèi)，支承壓力隨距工作面距離的減小，依次可劃分為緩慢增長段、快速增大段和快速減小段，支承壓力峰值出現(xiàn)在工作面前方約27 m 處。

（3）由液壓支架支護阻力頻率特征知，ZF4800-17/33 型液壓支架能夠滿足3112 綜采面圍巖控制需求，適應性較好。