綜采工作面老頂周期來壓比初次來壓時(shí)頂板壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的原因分析

趙廷龍

(山西煤炭進(jìn)出口公司，山西 大同　037100)

綜采工作面老頂周期來壓比初次來壓時(shí)頂板壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈的原因分析

趙廷龍

(山西煤炭進(jìn)出口公司，山西 大同037100)

摘要：相鄰礦井在開采同一煤層時(shí)，易發(fā)生工作面液壓支架壓坐墊(壓死架)、局部冒頂?shù)氖鹿?。通過研究頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)老頂來壓進(jìn)行觀測、記錄、分析，進(jìn)而掌握老頂來壓的規(guī)律，對(duì)其采取一定措施，可以有效減少事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：直接頂；老頂；周期來壓

相鄰礦井在開采同一煤層時(shí)，易發(fā)生工作面液壓支架壓坐墊(壓死架)、局部冒頂?shù)氖鹿?。加?qiáng)對(duì)頂板的觀測，掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有針對(duì)性地采取措施，是提升綜采安全，防范事故發(fā)生的有效手段。

1調(diào)研綜采工作面相關(guān)的基本參數(shù)

煤層回采平均厚度12米，直接頂厚度18.24米，其中較軟的下位直接頂厚度 6.19m，上位直接頂厚度 12.05m，工作面長度200米，采煤機(jī)截深0.8米。工作面頂板運(yùn)動(dòng)的最大特點(diǎn)為單一厚上位直接頂存在周期性運(yùn)動(dòng)。上位直接頂不能隨采隨垮，其超長的運(yùn)動(dòng)步距(11.6m)不能與已垮落的直接頂形成傳遞巖梁結(jié)構(gòu)，只能以懸頂?shù)姆绞街芷谛钥迓洹?/p>

2實(shí)測頂板初次運(yùn)動(dòng)規(guī)律

根據(jù)綜采隊(duì)記錄，從切眼開始，工作面推進(jìn) 15m 左右時(shí)，頂煤垮落，此時(shí)工作面開始放煤，并見矸石，認(rèn)為此時(shí)直接頂也有部分垮落，此為記錄的第一次直接頂垮落；當(dāng)工作面推至 40m 處，工作面中上部(70#～100#支架)頂板壓力變大，煤壁片幫，直接頂初次垮落，此為記錄的第二次直接頂垮落。當(dāng)工作面推至 161m 處，工作面頂板大面積來壓并顯現(xiàn)強(qiáng)烈，此為記錄的老頂初次垮落，當(dāng)工作面推至 172.6m 處，工作面中上部(50#～100#支架)頂板壓力再次變大，當(dāng)工作面推至 182m 處，頂板壓力比172.6m 處還大，礦壓顯現(xiàn)比較強(qiáng)烈，此為記錄的第一次老頂周期垮落。

3實(shí)測頂板周期運(yùn)動(dòng)規(guī)律

當(dāng)工作面推至 204.5m 處，工作面頂板又大面積來壓并顯現(xiàn)非常強(qiáng)烈，其頂板壓力比工作面推至 161m 處老頂初次來壓時(shí)還大，當(dāng)工作面推至 225m 處，老頂又一次來壓，其壓力與182m 處相仿，由此可見本工作面頂板周期來壓時(shí)大時(shí)小，其原因用下列老頂周期來壓階段頂板結(jié)構(gòu)模型來解釋。

4老頂周期來壓階段頂板結(jié)構(gòu)模型

老頂周期來壓階段分為以下兩種情況：(1)上位直接頂懸頂周期性垮落與老頂周期垮落重合，如圖1所示；(2)上位直接頂懸頂周期性垮落超前于老頂周期垮落，即老頂周期垮落時(shí)，上位直接頂懸頂已經(jīng)垮落，如圖2所示。

第(1)種情況：

圖1　上位直接頂周期性懸頂垮落與老頂周期垮落重合時(shí)頂板結(jié)構(gòu)模型

對(duì)老頂按照支架限定變形的支架工作狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)頂板壓力為：

計(jì)算得到：PT41=2.17MPa；

第(2)種情況：

圖2　上位直接頂周期性懸頂垮落與老頂周期垮落未重合時(shí)頂板結(jié)構(gòu)模型

此時(shí)頂板壓力為：

式中：A取上位直接頂垮落時(shí)，即上位直接頂無懸頂時(shí)的工作面頂煤和直接頂巖重，

計(jì)算得到A=0.56MPa。

老頂周期來壓步距，21.0m。

計(jì)算得到：老頂周期來壓時(shí)頂板壓力PT3=1.47MPa。

老頂周期來壓階段頂板來壓強(qiáng)度有明顯的階段變化。當(dāng)工作面老頂周期來壓與上位直接頂懸頂周期性跨落未重合時(shí)，支架承擔(dān)的主要是老頂產(chǎn)生的動(dòng)載荷和支架控頂范圍的直接頂靜載荷，合計(jì) 1.47MPa(實(shí)時(shí)在線檢測數(shù)據(jù))，與支架能達(dá)到的最大支護(hù)能力 1.47MPa 相當(dāng)，但大于支架額定工作阻力 1.24MPa，此時(shí)工作面宏觀礦壓顯現(xiàn)不會(huì)太強(qiáng)烈；當(dāng)工作面老頂周期來壓與上位直接頂懸頂周期性跨落重合時(shí)，支架承擔(dān)的是老頂產(chǎn)生的動(dòng)載荷和支架控頂范圍的直接頂動(dòng)載荷的疊加，能夠達(dá)到 2.17MPa，遠(yuǎn)大于支架能夠達(dá)到的最大支護(hù)能力 1.47MPa，此時(shí)工作面礦壓顯現(xiàn)會(huì)非常強(qiáng)烈，可能具有沖擊性，這與實(shí)測工作面第三次周期來壓強(qiáng)度大的特征吻合。

一般情況下，老頂初次來壓較周期來壓壓力大，但是所研究的工作面由于上位直接頂懸頂周期性垮落運(yùn)動(dòng)造成了老頂周期來壓強(qiáng)度大于初次來壓。在老頂初次來壓時(shí)，上位直接頂懸頂恰巧已經(jīng)垮落；老頂周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接頂懸頂

周期性垮落產(chǎn)生的動(dòng)載荷(非全長的直接頂懸頂)與老頂周期運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頂板動(dòng)載荷共同作用，造成了老頂周期來壓時(shí)比初次來壓時(shí)頂板壓力大。上位直接頂懸頂周期性跨落產(chǎn)生的最大壓力(1.263MPa)比無懸頂時(shí)直接頂產(chǎn)生的壓力(0.56MPa)大 0.7MPa；若與工作面老頂來壓時(shí)產(chǎn)生的頂板壓力(0.91MPa)相疊加，則達(dá)到 2.17MPa，此時(shí)工作面礦壓顯現(xiàn)會(huì)非常強(qiáng)烈，可能具有沖擊性。

5結(jié)論

若綜采工作面的直接頂是上硬下軟的復(fù)合頂板，在回采過程中就會(huì)分層垮落，較軟的下分層隨采隨垮，較硬的上分層不能隨采隨垮，而存在一定的運(yùn)動(dòng)步距(所研究的工作面步距為11.6m)，當(dāng)上位直接頂懸頂周期性垮落與老頂周期垮落重合時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一反常規(guī)的周期來壓大于初次來壓的現(xiàn)象。通過礦壓在線觀測發(fā)現(xiàn)，所研究的工作面直接頂無懸頂時(shí)直接頂產(chǎn)生的壓力是0.56MPa，上位直接頂懸頂周期性跨落產(chǎn)生的最大壓力是1.263MPa，若與工作面老頂來壓時(shí)產(chǎn)生的頂板壓力(0.91MPa)相疊加，則達(dá)到2.17MPa，此時(shí)工作面礦壓顯現(xiàn)會(huì)非常強(qiáng)烈；當(dāng)上位直接頂周期性懸頂垮落與老頂周期垮落重合時(shí)，很容易造成工作面支架壓坐墊(壓死架)、局部冒頂甚至導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

直接頂周期性垮落與老頂周期來壓是否重合可以很好地解釋工作面周期來壓時(shí)礦壓顯現(xiàn)的時(shí)大時(shí)小，以及周期來壓時(shí)頂板壓力大于初次來壓的現(xiàn)象。掌握了上述頂板來壓規(guī)律后，就可以采取針對(duì)性措施，有效避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[2]周詩建.礦山壓力觀測與控制[M].重慶大學(xué)出版社，2010.

Class No.:TD82Document Mark：A

(責(zé)任編輯：宋瑞斌)

Why the Roof Pressure is Stronger When it is in Periodic Weighting than it is in First Weighting in the Fully Mechanized Mining Face

Zhao Tinglong

(Shanxi Coal Import and Export Corporation, Datong, Shanxi 037100，China)

Abstract：For adjacent mines, when they exploit the same coal rake , they may face partial roof fall when there is the crushed cushion frame in the working surface . By studying the law of roof movement , we try to observe, record and analyze the pressure of the old roof in order to master the rule of the pressure of the old roof and try to reduce the occurrence of the kinds of accidents.

Key words：immediate roof; hard roof; periodic weighting

中圖分類號(hào)：TD82

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-6758(2016)02-0042-2

作者簡介：趙廷龍，山西煤炭進(jìn)出口公司左云長春興煤業(yè)有限公司。研究方向：煤炭開采及頂板控制。