放煤工藝對淺埋深綜放工作面礦壓顯現(xiàn)影響分析

張孝福，任艷芳，曾海利，祝凌甫

（1.內(nèi)蒙古伊泰集團公司生產(chǎn)事業(yè)部，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京 100013）

放煤工藝對淺埋深綜放工作面礦壓顯現(xiàn)影響分析

張孝福1，任艷芳2，曾海利1，祝凌甫2

（1.內(nèi)蒙古伊泰集團公司生產(chǎn)事業(yè)部，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京 100013）

為了研究放煤工藝對淺埋深綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的影響，將酸刺溝6上105－2綜放工作面在回采過程中不放煤時與放煤時的礦壓顯現(xiàn)進(jìn)行對比，分別從周期來壓步距、初撐力、末阻力、支架前后柱受力等方面分析了2個不同期間的礦壓顯現(xiàn)特征，得出了6上105－2淺埋深綜放面不放煤與放煤期間礦壓顯現(xiàn)的區(qū)別，掌握了放煤工藝對淺埋深綜放工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的影響。

淺埋深;綜放開采;放煤工藝;礦壓規(guī)律

1 工作面概況

酸刺溝煤礦6上105－2工作面開采準(zhǔn)格爾煤田6號煤層，工作面走向長1356m，傾斜長245m。工作面煤層為單一穩(wěn)定可采煤層，平均厚度7.135m，走向總體為北北西，傾向為南西西，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含0～12層夾矸，一般含5層夾矸。直接頂為13.95m的泥巖，基本頂為10.3m的中粒砂巖，直接底為1.25m的泥巖。

工作面采用傾斜長壁后退式綜采放頂煤采煤法，設(shè)計采高2.4m，放煤高度3.635m，采放比1∶1.04。工作面配置136架ZF15000/26/42支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架，7架ZFG15000/27/46過渡支架，1架ZFT23700/26/50放頂煤排頭支架，共計144架。

2 礦壓觀測方案

6上105－2工作面支架工作阻力監(jiān)測采用天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部研發(fā)的KJ21工作面支架壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)分站布置在設(shè)備列車上，與環(huán)網(wǎng)交換機連接后，通過礦井環(huán)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至地面服務(wù)器。本系統(tǒng)一共安裝了46臺支架壓力記錄儀，此次分析中重點選擇10條測線進(jìn)行分析，自上而下分別是40號、50號、60號、70號、80號、90號、100號、110號、120號、130號支架壓力記錄儀。

3 放煤工藝對礦壓顯現(xiàn)的影響分析

為了對比6上105－2工作面推進(jìn)過程中，放煤期間與不放煤期間的支架壓力變化情況，掌握放煤工藝對工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的影響，將工作面在放煤與不放煤期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，分別從周期來壓步距與持續(xù)距離、動載系數(shù)、初撐力、末阻力等方面研究放煤工藝對礦壓顯現(xiàn)的影響。

3.1 周期來壓步距與來壓持續(xù)影響距離分析

6上105－2工作面不放煤期間共推進(jìn)69.05m，監(jiān)測到3次周期來壓，最大為24.8m，最小為14.8m，平均20.7m，如表1所示。在工作面不放煤期間的3次基本頂周期來壓過程中，來壓持續(xù)距離最長的是第1次6.9m，最短為第2次4.2m，平均5.2m。

表1 工作面不放煤期間的周期來壓步距

根據(jù)6上105－2工作面在放煤期間監(jiān)測到的12次周期來壓統(tǒng)計，周期來壓步距最大為25.2m，最小為10.5m，平均19.65m，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。放煤期間12次周期來壓中，持續(xù)距離最長的是第5次8.8m，最短為第9次1.8m，平均4.2m。

對比工作面不放煤期間的周期來壓步距分析可知，工作面正常放煤期間的周期來壓步距略小于不放煤期間的來壓步距;來壓持續(xù)距離也小于不放煤期間的來壓持續(xù)距離。

這主要是由于不放煤期間工作面推進(jìn)速度較快，導(dǎo)致基本頂來壓步距與周期來壓持續(xù)距離比放煤期間大。

表2 工作面正常放煤期間的周期來壓步距

3.2 動載系數(shù)

6上105－2工作面不放煤期間周期來壓動載系數(shù)最大為第1次周期來壓的1.34，最小為第2次周期來壓的1.30，平均1.32。

6上105－2工作面放煤期間周期來壓動載系數(shù)最大為第12次周期來壓的1.40，最小為第4，5，21次周期來壓的1.30，平均1.35。對比不放煤期間統(tǒng)計結(jié)果可知，放煤期間動載系數(shù)大于不放煤期間動載系數(shù)。

這主要是由于頂煤放出后，支架上方頂板的活動空間增大，頂板斷裂時的回轉(zhuǎn)空間增大，導(dǎo)致放煤期間周期來壓動載系數(shù)增加。

3.3 支架初撐力分析

根據(jù)觀測結(jié)果分析，6上105－2綜放工作面在不放煤期間支架前柱的最小初撐力為140號的3281kN，最大初撐力為100號的5785kN，前柱平均初撐力為4851kN，約為支架額定初撐力6412kN的75.8%，初撐力偏低，觀測數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不放煤期間支架前柱初撐力統(tǒng)計

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，6上105－2綜放工作面在放煤期間支架前柱的最小初撐力為140號的3907kN，最大初撐力為130號的4993kN，前柱平均初撐力為4387kN，約為支架額定初撐力6412kN的68.4%，觀測結(jié)果如表4所示。

對比不放煤期間與正常放煤期間的支架前柱初撐力可知:

表4 放煤期間支架前柱初撐力統(tǒng)計

（1）不放煤期間工作面支架前柱平均初撐力為4851kN，約為支架額定初撐力6412kN的75.8%，基本滿足要求。

（2）放煤期間工作面支架前柱平均初撐力為4387kN，約為支架額定初撐力6412kN的68.4%，遠(yuǎn)低于現(xiàn)場實際要求。

（3）不放煤期間工作面支架前柱平均初撐力為4851kN，大于放煤期間的4387kN，分析原因可知不放煤期間工作面支架上方頂煤較為完整，有利于支架接頂打足初撐力。

3.4 支架前后柱受力分析

6上105－2綜放工作面采用的ZF15000/26/42四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架額定工作阻力為15000kN，每根柱子的額定工作阻力為3750kN。每個支架壓力記錄儀均有2個監(jiān)測通道，分別用于監(jiān)測支架的前柱和后柱。為了反映支架前后柱受力均勻程度，分析支架立柱受力情況，需對各架的前后立柱受力進(jìn)行分析。

6上105－2綜放工作面不放煤期間支架前柱與后柱循環(huán)末阻力比值最大為258.1%，最小為161.4%，平均212.7%，統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。

6上105－2綜放工作面放煤期間支架前柱與后柱循環(huán)末阻力比值最大為338.8%，最小為153.0%，平均233.5%，統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。

分析表5、表6可知，放煤期間的支架前柱受力遠(yuǎn)大于后柱，前后柱受力不均勻，頂板的壓力大部分由前柱支撐，后柱發(fā)揮的支撐作用較小，且前后柱受力比值明顯大于不放煤期間的支架前后柱受力比值。

這主要是由于放煤期間后柱上方的頂煤容易放空，后柱不易接頂，支架所受合力的作用點靠近前柱，支架所承受來至頂板的壓力主要由前柱承擔(dān)，導(dǎo)致前后柱受力比值較大，支架受力不均勻。

表5 不放煤期間支架前后柱平均循環(huán)末阻力統(tǒng)計

表6 放煤期間支架前后柱平均循環(huán)末阻力統(tǒng)計

4 結(jié)論

6上105－2綜放工作面在放煤與不放煤期間，由于煤層采出厚度不同，導(dǎo)致頂板運動、變化、破壞規(guī)律有所區(qū)別。本文通過對工作面在不放煤期間與放煤期間的工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行對比分析，主要得到以下結(jié)論:

（1）工作面不放煤期間的基本頂周期來壓步距與周期來壓持續(xù)距離均大于放煤期間。

（2）工作面不放煤期間的支架初撐力要大于放煤期間的支架初撐力。

（3）工作面不放煤期間的支架循環(huán)末阻力值大于不放煤期間的支架循環(huán)末阻力，但動載系數(shù)小于放煤期間動載系數(shù)。

（4）工作面放煤期間的支架前后柱受力比值要明顯大于不放煤期間前后柱受力比值。

［1］任艷芳，劉 江.淺埋深長壁工作面覆巖結(jié)構(gòu)及支架支護(hù)阻力研究 ［J］.煤礦開采，2010，15（5）:90－93.

［2］任艷芳，劉 江，齊慶新.薄基巖淺埋深長壁工作面覆巖結(jié)構(gòu)運動特征 ［J］.煤礦開采，2011，16（3）:49－51.

［3］陶志勇，任艷芳.薄基巖淺埋深綜采工作面礦壓規(guī)律實測分析 ［J］.煤礦開采，2009，14（3）:99－100.

［4］汪月偉，黃顯華，劉全明.特厚煤層綜放工作面礦壓規(guī)律實測研究 ［J］.煤礦開采，2008，13（3）:89－91.

Influence of Top-coal Caving Technique on Underground Pressure Behavior in Shallow-buried Full-mechanized Caving Mining Face

ZHANG Xiao-fu1，REN Yan-fang2，ZENG Hai-li1，ZHU Ling-fu2
（1.Mining Department，InnerMongolia Yitai Group Corporation，Erdos 017000;
2.Mininng ＆ Designing Department，Tiandi Science ＆ Technology Co.，Ltd，Beijing 100013，China）

In order to research the influence of top-coal caving technique on underground pressure behavior in shallow buried fullmechanized caving mining face，underground pressure behaviors including periodical pressure pace，setting load，cycle-end resistance，front and back prop load were compared at the time of top-coal caving and non-caving.Influence rule of top-coal caving technique on shallow buried full-mechanized caving mining face was obtained.

shallow buried;full-mechanized caving mining;top-coal caving technique;underground pressure rule

TD323

A

1006-6225（2012）02-0090-03

2011－11－21

“十一五”國家科技支撐計劃資助項目 （2008BAB36B01，2008BAB36B12）

張孝福 （1983－），男，黑龍江佳木斯人，助理工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)、科研管理工作。

［責(zé)任編輯:于海湧］

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