綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析研究

趙高升 尚成軍

（安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦，安徽 淮北 235123）

頂板災(zāi)害是煤礦五大災(zāi)害之一，僅次于瓦斯災(zāi)害，居第二位。預(yù)測(cè)預(yù)防頂板災(zāi)害是煤礦安全生產(chǎn)中必不可少的環(huán)節(jié)之一。礦壓觀測(cè)能夠第一時(shí)間掌握井下實(shí)際情況，便于及時(shí)采取有效措施，做到防患于未然。

安徽恒源煤電股份有限公司任樓煤礦7257工作面，采用計(jì)算機(jī)礦壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)頂板壓力進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究，掌握了工作面推進(jìn)速度與周期來壓步距的關(guān)系以及該工作面液壓支架的工作狀態(tài)，從而優(yōu)化采煤工藝參數(shù)，達(dá)到了預(yù)期的目的，收到了良好的效果。對(duì)有效解決類似條件下采面支架選型、防片幫、冒頂、改進(jìn)采煤方法和回采面高效安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

1 7257工作面基本情況

1.1 工作面概況

7257工作面為礦井中五采區(qū)首采面。該面西南至F7斷層保護(hù)煤柱線；東至F5斷層保護(hù)煤柱線；該面上限以風(fēng)巷（標(biāo)高-350.7～ -560.2m）為界，下限以機(jī)巷（標(biāo)高-393.7～ -619.5m）為界，北至設(shè)計(jì)收作線，南至切眼，走向長(zhǎng)1967～2013m，平均1990m；傾斜寬115～205m，平均202m；斜面積約415225m2。

1.2 頂?shù)装迩闆r

直接頂：淺灰～灰色泥巖，含植物化石。平均厚度2.00m，單向抗壓強(qiáng)度為10.62～14.53MPa，平均為12.57MPa。

基本頂：灰～深灰色細(xì)砂巖，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊層狀構(gòu)造，成分以石英為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，性較硬，具水平層理。平均厚度4.15m，單向抗壓強(qiáng)度平均為46.3MPa。往上為泥巖。

底板：灰～深灰色泥巖及73煤，泥巖厚0～8.74m，平均厚4.63m，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含植物化石碎片。單向抗壓強(qiáng)度平均為14.81MPa。

1.3 工作面支護(hù)

頂板管理方法：采用全部垮落法管理頂板。工作面配置138架液壓支架，對(duì)工作面頂板實(shí)行全支護(hù)法管理。工作面基本支護(hù)規(guī)格見表1。

1.4 支架壓力觀測(cè)方法及測(cè)點(diǎn)布置

工作面安裝KJ21礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，共設(shè)置15架工作阻力測(cè)點(diǎn)。礦壓測(cè)點(diǎn)布置見圖1。

圖1 礦壓測(cè)點(diǎn)布置圖

表1 工作面基本支護(hù)規(guī)格表

2 工作面礦壓規(guī)律分析

2.1 頂板來壓分析

頂板來壓分析以支架每天最大（加權(quán)平均）工作阻力的平均值與其均方差之和作為判斷頂板來壓的主要指標(biāo)。數(shù)據(jù)計(jì)算的公式為：

式中：

σp-每天最大（加權(quán)平均）阻力平均值的均方差；

n-實(shí)測(cè)天數(shù)；

Pti-每天實(shí)測(cè)最大（加權(quán)平均）工作阻力；

2.2 頂板周期來壓分析

7257綜采面基本頂周期來壓步距見表2。工作面周期來壓步距6.6～17.7m，平均約為11.3m。工作面下部支架來壓不明顯。

基本頂周期來壓動(dòng)載系數(shù)見表3。工作面基本頂周期來壓動(dòng)載系數(shù)為1.20～3.60，平均約為1.88。

2.3 支架工作阻力分布

7257工作面支架工作阻力頻率分布見圖2所示。

支架工作阻力分布整體上呈正態(tài)分布趨勢(shì)。從表中可以看出，支架工作阻力在6000kN以內(nèi)各區(qū)間內(nèi)分布較均勻。從單個(gè)支架來看，部分支架工作阻力處于低工作阻力區(qū)間比例較大，或者處于高工作阻力區(qū)間比例較大的情況。

表2 基本頂周期來壓步距

表3 基本頂周期來壓動(dòng)載系數(shù)

圖2 支架工作阻力頻率分布表

2.4 支架初撐力分布

支架初撐力的大小直接影響到對(duì)工作面頂板的支護(hù)安全性，如果過小會(huì)使支護(hù)的安全系數(shù)降低，造成工作面頂板發(fā)生離層，隨著工作面推進(jìn)離層的累積，容易發(fā)生工作面切頂，同時(shí)，一旦頂板來壓過大會(huì)導(dǎo)致立柱迅速下降，容易發(fā)生事故，而且初撐力過小也會(huì)使礦壓監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)失去準(zhǔn)確性。

為了分析工作面支架初撐力的合理性，采取了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了初撐力的分布區(qū)間，如表4所示。

表4 支架初撐力頻率分布統(tǒng)計(jì)表 （單位：%）

表5 支架初撐力統(tǒng)計(jì)

由表5可知，工作面的平均初撐力為2200kN，占支架額定初撐力5067kN的43.42%。由表4可知，支架初撐力超過80%額定初撐力的只有3.4%，由此可見，整個(gè)工作面支架的初撐力偏低。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，分析初撐力偏小的原因主要有：

①供液壓力不夠。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了防止管路破裂，便于工作面支架液壓系統(tǒng)的管理和維護(hù)，泵壓往往小于31.5MPa，一般在27～30MPa，即使供液系統(tǒng)的壓力損失為零，液壓支架的初撐力也達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)定。

②管路損失大。液壓系統(tǒng)存在跑、冒、漏、滴或者串漏液現(xiàn)象，主要是由于工作面支架檢修質(zhì)量差，支架立柱、安全閥維護(hù)不到位，失效數(shù)量多。

③由于工人主觀因素影響，難以保證支架初撐的必要時(shí)間，供液時(shí)間短。實(shí)際生產(chǎn)過程中，工人為了追機(jī)移架，加快支護(hù)速度，沒有足夠的時(shí)間來保證初撐壓力，支架實(shí)際上只是撐到頂梁與頂板開始接觸的地點(diǎn)便停止供液，支架接頂不充分，這是支架初撐力偏低的主要原因之一。

④由于工作面回采時(shí)割煤與放煤平行作業(yè)，工作面始終是多組支架同時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致主系統(tǒng)壓力短時(shí)間內(nèi)難以達(dá)到泵站壓力。

2.5 支架左右柱受力平衡性

7257綜采工作面采用ZY6000-18.5/38型兩柱掩護(hù)式液壓支架，支架工作阻力為6000kN，每根立柱的額定工作阻力為3000kN。每個(gè)記錄儀有兩個(gè)通道，分別監(jiān)測(cè)支架的左柱和右柱，為了所測(cè)的數(shù)據(jù)能充分說明支架立柱受力情況，對(duì)各架的左右立柱的平均工作阻力進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，正常推進(jìn)期間支架左右立柱平均工作阻力統(tǒng)計(jì)如表6所示，從表中可以看出，7257工作面支架左右立柱受力比較均勻，左右立柱工作阻力比值的平均值為100.00%，其中最小為130#支架左右立柱平均工作阻力比值86.32%，40#支架左右立柱平均工作阻力比值最大為113.85%。

表6 支架左右立柱平均工作阻力統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

（1）工作面周期來壓步距最大值為17.7m，最小值為6.6m，平均值為11.3m。

（2）支架工作阻力分布整體上呈正態(tài)分布趨勢(shì)。支架工作阻力在6000kN以內(nèi)各區(qū)間內(nèi)分布較均勻。部分支架工作阻力處于低工作阻力區(qū)間比例較大，或者處于高工作阻力區(qū)間比例較大的情況。

（3）工作面支架的平均初撐力為2200kN，支架初撐力超過80%額定初撐力僅占3.40%。

（4）7257工作面支架左右立柱受力比較均勻，左右立柱工作阻力比值的平均值為100.00%，最小比值86.32%，最大為113.85%。