首采工作面礦壓研究分析

郭兆瑞，李貞江

（山東能源新礦集團(tuán)內(nèi)蒙能源長城三礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 1905S工作面概況

1905S 工作面是長城三礦首采工作面，開采礦層為9 層，地面標(biāo)高在+1238.7m～+1248.5m，工作面標(biāo)高+549.5m～+778.8m，工作面埋深469.7m～689.2m，礦層傾角在 17°～21°之間，平均礦層傾角 18.9°，工作面走向2074m，平均傾向長342m，礦層平均有益厚度 4.3m，平均采高 4.5m，綜合機(jī)械化采礦，走向長壁后退式采礦法，一次采全高全部垮落法管理頂板。

2 1905S工作面礦壓規(guī)律實測分析

2.1 觀測目的

①對1905S工作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析，服務(wù)于接續(xù)工作面的安全生產(chǎn)。②對支架運行情況進(jìn)行分析，評價支架對工作面的適應(yīng)性，為接續(xù)工作面確定支架合理工作阻力提供數(shù)據(jù)支持。③分析所選支架的合理性，為接續(xù)工作面的支架選型積累經(jīng)驗。④研究分析工作面礦壓顯現(xiàn)，工作面推進(jìn)速度及工作面頂板的關(guān)系，為接續(xù)工作面的良性推采及頂板管理積累經(jīng)驗。

2.2 觀測方案

①觀測儀器采用山東思科賽德礦業(yè)安全工程有限公司自主研發(fā)的 KJ24 型礦壓監(jiān)測系統(tǒng)，采用全無線監(jiān)測模式監(jiān)測綜采工作面支架工作阻力。本次監(jiān)測主要針對 185 臺ZY12000/25.5/55 型和8臺ZY13000/27/60型中間液壓支架，共安裝 96 臺YHY60W（B）型礦用本安型數(shù)字壓力計實時監(jiān)測液壓支架立柱工作阻力，每臺壓力無線傳感器含4個傳感器探頭，兩架一表，同時監(jiān)測2臺液壓支架的4個立柱，減少壓力無線傳感器使用數(shù)量，降低成本投入和故障率。② 均 勻 選 取1#、15#、30#、45#、60#、75#、90#、105#、120#、135#、150#、165#、180#、193#液壓支架的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.3 工作面來壓特征

通過日加權(quán)阻力和日最大工作阻力對工作面來壓步距進(jìn)行分析，把支架平均阻力與其均方差之和作為判斷頂板來壓的主要依據(jù)。則計算公式為：

通過計算得出選取支架來壓判據(jù)計算結(jié)果，分析液壓支架日加權(quán)阻力及最大阻力，得出工作面基本頂周期來壓距離為15.2m～17.5m，平均 16.4m；工作面初次來壓步距為35.2m。

2.4 液壓支架工作阻力頻率分布及受力分析

①分析液壓支架工作阻力頻率的分布特點來評價其工作性能和頂板沖擊程度。

②液壓支架的的支護(hù)效果與支架初撐力密切相關(guān)，若初撐力符合規(guī)定要求，就能夠有效防止頂板離層及工作面煤壁片幫。③液壓支架左右柱受力分析。④工作面傾向液壓支架壓力分布。

2.5 液壓支架適應(yīng)性驗證

液壓支架能否適應(yīng)工作面礦層地質(zhì)條件對綜采工作面的安全生產(chǎn)起著決定性作用。

（1）確定液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度。通過分析周期來壓步距和工作阻力頻率分布范圍等可知，綜采工作面選用ZY12000/25.5/55 型液壓支架，其實際提供的支護(hù)強(qiáng)度為：q=Q KS/（LKB）=1.123MPa

式中：q -工作面支架實際支護(hù)強(qiáng)度；Q -支架額定工作阻力12000kN；KS-支撐效率0.95；LK-支架最大控頂距5.8m；B -支架中心距1.75m。

（2）估算法確定液壓支架支護(hù)強(qiáng)度。計算基礎(chǔ)是液壓支架工作阻力支撐 8 倍采高的頂板巖層重量。計算公式：q=khγg。式中：q—工作面支架所需支護(hù)強(qiáng)度；k—支撐上覆巖層與煤厚比值，取 8；h—工作面最大采高，取4.9m；γ—頂板巖石容重，取 2.5×103kg/m3；g—9.81N/kg。

因此，該工作面的支護(hù)強(qiáng)度為：q=0.961MPa

（3）液壓支架工作阻力確定P=q LK B / KS =0.961×1 03×5.8×1.75/0.95=10267.5kN。選用的ZY12000/25.5/55型液壓支架額定工作阻力12000kN，滿足要求。

（4）根據(jù)阻力實測確定支架工作阻力。取循環(huán)末阻力平均值加2倍均方差，即P=Pt +σ。實測循環(huán)末阻力平均值為 8277kN，均方差為621kN，工作阻力9519kN。選用的ZY12000/25.5/55 型液壓支架額定工作阻力12000kN，滿足要求。

3 礦壓顯現(xiàn)與工作面生產(chǎn)的關(guān)系

3.1 分析工作面礦壓顯現(xiàn)與工作面推進(jìn)速度的關(guān)系

綜采工作面推進(jìn)速度是工作面圍巖應(yīng)力重新分布的主要影響因素，對圍巖的破壞程度及開采成本起著決定性作用。

合理組織，提高推進(jìn)速度能夠延長工作面周期來壓步距，從而減少周期來壓次數(shù)，降低來壓危害，促進(jìn)工作面安全生產(chǎn)。當(dāng)工作面推進(jìn)速度提高到一定程度后，頂板下沉量的變化隨推進(jìn)速度的加快將逐漸減小。

3.2 分析工作面的推進(jìn)速度與工作面頂板關(guān)系

工作面推進(jìn)速度大小與頂板懸露時間長短成反比。因此，縮短循環(huán)時間能夠有效減少頂板的下沉量，支架所承受的載荷也會減小。在工作面循環(huán)時間短的情況下，液壓支架達(dá)到工作面阻力所需時間要長。

同時，在頂板的完整性尚未破壞之前，對頂板進(jìn)行及時支護(hù)，就能實現(xiàn)工作面良性循環(huán)作業(yè)。所以，工作面的推進(jìn)速度的提高，能夠有效促進(jìn)頂板安全管理，提高工作面回采率；相反，會對工作面的頂板管理帶來一定的難度。