中能煤業基于大數據的綜放面礦壓顯現分析

韓 杰

（長治三元中能煤業有限公司，山西 長治 046000）

智能開采是我國煤礦采煤技術的發展方向，而礦壓大數據精準管理技術是智能開采中頂板和巷道管理工程技術的主要信息支撐。

徐剛等[1]在分區支承力學模型基礎上，研究了頂板礦壓演化計算方法，并編制了相應的計算程序。尹希文等[2]采用多種研究手段,從支架載荷在時間和空間兩個方面周期性變化規律入手,確定礦壓分析預測模型，為礦壓的預測分析提供了新的技術手段。鄧五先等[3]通過平煤十二礦為研究背景，通過現場礦壓動態監測與數值模擬手段，構建工作面礦壓動態監測機制。劉世濤等[4]以神州煤業8102 工作面為研究對象，采用礦壓理論計算、單因素方差分析、事后比較和現場動態監測多種方法分析工作面礦壓顯現規律。樊占文[5]以棋盤井煤礦為研究背景，采用傳統礦壓觀測重點對綜采工作面礦壓顯現規律及相關治理方法進行了研究。

由于不同礦井礦壓顯現規律差異性較大，本文以中能煤業2303 綜放工作面為工程背景，采用大數據方法分析礦壓顯現規律，探索工作面精準礦壓管理技術模式和方法，以期提高煤礦預防頂板災害管理水平。

1 工作面概況

中能煤業2303 綜放工作面 （以下簡稱工作面）開采3#煤層，工作面位于二采區。走向長2 184.8 m，傾向長280 m，工作面標高390～470 m，地面標高936～954 m。工作面位置如圖1 所示，工作面煤層頂底板情況如表1 所示。工作面開采3#煤層，厚度3.7～5.6 m，平均4.9 m，其中采煤機滾筒割煤3.0±0.1 m，放煤厚度1.9 m，采放比1∶0.63。本工作面兩順槽均沿煤層底板掘進，沿傾向布置，運輸順槽長2 222.3 m，回風順槽長2 147.2 m；切眼沿煤層底板掘進，沿走向布置，長274.5 m，工作面標高為+390～+470 m。運輸順槽和回風順槽斷面均呈矩形，斷面尺寸（凈尺寸）分別為寬×高=5.6 m×3.8 m 和寬×高=5.5 m×3.6 m，斷面支護方式為錨網—錨索聯合支護。

表1 工作面煤層頂底板情況

圖1 2303 綜放工作面位位置

2 工作面礦壓顯現分析

2.1 頂板周期來壓步距

通過分析周期來壓的數據特征，對周期來壓數據進行了提取，得到了周期來壓步距統計如表2所示。由表2 可知：來壓步距為12.5～26.6 m，平均為18.4 m，換算為割煤刀數為23 刀；通過計算確定了周期來壓步距均方差為3.5～17.5 m。

表2 周期來壓步距統計

2.2 工作面支架初撐力

支架初撐力對采場圍巖穩定性控制起到決定性作用，通過收集的大量礦壓數據如表3 所示，識別支架初撐力大小并對其進行了統計分析，得到工作面初撐力分布特征： 支架左柱初撐力實際利用率為53%～73%，平均68%；支架右柱初撐力實際利用率為32%～49%，平均37%；支架整架初撐力實際利用率為63%～75%，平均69%。

表3 工作面中部區域部分支架初撐力統計

2.3 支架循環末阻力

循環末阻力是識別支架圍巖耦合適應性的重要指標，對礦壓大數據進行循環末阻力數據特征提取后，得到工作面循環末阻力數據結果如表4所示。由表4 可知：非來壓時，工作面支架循環末阻力為4 384～5 759 kN，均值為4 892 kN，占額定工作阻力 （10 000 kN） 的44%～58%，平均48.92%；來壓時，工作面支架循環末阻力為5 644～7 736 kN，均值為6 560 kN，占額定工作阻力（10 000 kN）的56%～77%，平均65.60%；非來壓時，工作面中部7 區平均末阻力最大，中部1 區平均末阻力最小；來壓時，工作面中部7 區平均末阻力最大，中部1 區平均末阻力最小。

表4 工作面區域支架循環末阻力統計

2.4 支架動載系數

支架動載系數反應了頂板運動對支架工作阻力的影響，動載系數可以用來壓時支架工作阻力和未來壓時支架工作阻力比值表示，支架動載系數統計如表5 所示。動載系數均值為1.3，中部8 區支架動載系數均值達到1.4，據此判定該工作面礦壓顯現為來壓明顯。

表5 工作面區域支架動載系數統計

4 結語

通過對該工作面礦壓大數據分析后，得到如下礦壓顯現特征：來壓步距平均為18.4 m，換算為割煤刀數為23 刀； 周期來壓步距均方差為3.5～17.5 m；支架左柱（前柱）初撐力實際利用率為53%～73%，平均68%；非來壓時工作面支架循環末阻力為4 384～5 759 kN，均值為4 892 kN，占額定工作阻力（10 000 kN）的44%～58%，平均48.92%；來壓時，工作面支架循環末阻力為5 644～7 736 kN，均值為6 560 kN，占額定工作阻力（10 000 kN）的56%～77%，平均65.60%；動載系數均值為1.3，中部8 區支架動載系數均值達到1.4，據此判定該工作面礦壓顯現為來壓明顯。