天安煤礦20104 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架適應(yīng)性分析

賈 俊 英

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)天安煤礦，山西 忻州 034000）

1 工程概況

陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)天安煤礦有限公司20104 放頂煤工作面位于井田西南部，西北為201 采區(qū)下山（二段），西南至礦界，東南為老空區(qū)及其隔離煤柱，東北為201 采區(qū)泵房、水倉(cāng)及201 采區(qū)下山（一段）。工作面開(kāi)采2# 煤層，工作面+1383～+1447m，對(duì)應(yīng)位置地面標(biāo)高+1500～+1582，工作面開(kāi)采2#煤層，煤層平均8.0m，煤層中間夾有1～5 層0.1～0.5m 的炭質(zhì)泥巖夾矸，為簡(jiǎn)單～復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，煤層平均傾角為13°，煤層頂?shù)装鍘r層特征如表1。

20104 工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法，采煤機(jī)采用MG300/730-QWD 型大傾角無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)，采煤高度2.5m，放煤步距0.6m，工作面配置中間液壓支架ZF5600/17.5/28 型48 架，支架初撐力為4900kN，額定工作阻力為5600kN，工作面兩端頭配置過(guò)渡架ZFG6400/20/32 型6 架，其中機(jī)頭3 架，機(jī)尾3 架，現(xiàn)為分析工作面回采期間的礦壓規(guī)律及支架的適應(yīng)情況，特進(jìn)行研究分析。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

2 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

為研究分析20104 綜采工作面的覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在工作面回采期間，分別在工作面上部、中部和下部布置支架監(jiān)測(cè)站[1-3]，監(jiān)測(cè)回采期間液壓支架的工作阻力，其中工作面上部監(jiān)測(cè)布置在20#液壓支架，工作面中部監(jiān)測(cè)布置在56#液壓支架，工作面下部布置在86#支架。根據(jù)工作面回采期間的監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出工作面不同區(qū)域液壓支架的工作狀態(tài)如下：

1）工作面上部區(qū)域。根據(jù)礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果得出，工作面回采期間液壓支架時(shí)間加權(quán)工作阻力隨著推進(jìn)距離間的變化如圖1 所示。

圖1 工作面上部20#液壓支架時(shí)間加權(quán)工作阻力曲線圖

分析圖1 可知，工作面上部區(qū)域基本頂?shù)钠骄芷趤?lái)壓步距為16.9m，來(lái)壓的范圍約為5.5m，液壓支架時(shí)間加權(quán)阻力的平均動(dòng)載系數(shù)為1.13，工作面回采期間支架的時(shí)間加權(quán)工作阻力平均為4536.6kN，占到額定工作阻力的81.0%。

2）工作面中部區(qū)域。根據(jù)工作面回采期間中部56#液壓支架工作阻力的監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出如圖2 所示液壓支架循環(huán)末阻力和時(shí)間加權(quán)工作阻力曲線圖。

圖2 工作面中部56#液壓支架時(shí)間加權(quán)工作阻力曲線圖

分析圖1 可知，工作面上部區(qū)域基本頂?shù)钠骄芷趤?lái)壓步距為22m，來(lái)壓的范圍約為7.9m，液壓支架時(shí)間加權(quán)阻力的平均動(dòng)載系數(shù)為1.19，工作面回采期間支架的時(shí)間加權(quán)工作阻力平均為4427.4kN，占到額定工作阻力的79%。

3）工作面下部區(qū)域。根據(jù)工作面回采期間86#支架的監(jiān)測(cè)結(jié)果得出支架時(shí)間加權(quán)工作阻力曲線如圖3 所示。

圖3 工作面下部86#液壓支架時(shí)間加權(quán)工作阻力曲線圖

分析圖3 可知，工作面上部區(qū)域基本頂?shù)钠骄芷趤?lái)壓步距為16.4m，來(lái)壓的范圍約為5.7m，液壓支架時(shí)間加權(quán)阻力的平均動(dòng)載系數(shù)為1.37，支架的時(shí)間加權(quán)工作阻力平均為5084.5kN，占到額定工作阻力的90.8%。

基于上述分析可知，20104 工作面回采期間，工作面上部區(qū)域、中部區(qū)域和下部區(qū)域的平均周期來(lái)壓步距分別為16.9m、21.9m 和18.4m，來(lái)壓的影響范圍分別為5.5m、7.9m 和5.7m 動(dòng)載系數(shù)分別為1.28、1.74 和1.32，根據(jù)該數(shù)據(jù)可知，工作面采動(dòng)影響下的動(dòng)載系數(shù)表現(xiàn)為工作面兩端頭大、中部小的特征，且工作面頂板的周期來(lái)壓步距和來(lái)壓范圍同樣也表現(xiàn)為兩端大、中間小的特征。

3 支架適應(yīng)性分析

為充分分析20104 工作面厚煤層綜放開(kāi)采方式下，ZF5600/17.5/28 型液壓支架的工作特性，現(xiàn)根據(jù)液壓支架初撐力與循環(huán)末阻力間的相關(guān)性分析及支架支護(hù)阻力的頻率分布特征進(jìn)行分析。

3.1 支架初撐力與循環(huán)末阻力間相關(guān)性分析

綜放工作面開(kāi)采過(guò)程中，液壓支架的初撐力對(duì)頂煤的運(yùn)動(dòng)特性產(chǎn)生較大程度的影響，若支撐力不合適（過(guò)大或過(guò)小）時(shí)，此時(shí)工作面進(jìn)行綜放作用時(shí)會(huì)增大其可能出現(xiàn)的冒頂次數(shù)[4-6]，現(xiàn)通過(guò)分析液壓支架循環(huán)末阻力與初撐力之間的曲線關(guān)系，判斷支架初撐力的合理與否，以此了解液壓支架與工作面圍巖間的關(guān)系，并通過(guò)分析數(shù)據(jù)，合理調(diào)整支架的初撐力，以實(shí)現(xiàn)工作面頂煤的穩(wěn)定，確保工作面的安全回采。

根據(jù)工作面回采期間液壓支架的工作阻力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析能夠得出工作面上部、中部和下部區(qū)域的支架初撐力與循環(huán)末阻力之間的曲線關(guān)系如圖4 所示。

圖4 支架循環(huán)末阻力與初撐力數(shù)據(jù)關(guān)系擬合圖

通過(guò)具體分析圖4 可知，20104 工作面液壓支架循環(huán)末阻力與初撐力之間的參數(shù)關(guān)系R2＜0.3，基于該數(shù)據(jù)可知支架這兩項(xiàng)參數(shù)間呈現(xiàn)為低度相關(guān)的特性，故現(xiàn)為充分保障工作面回采期間的覆巖頂板的穩(wěn)定，需調(diào)整支架的初撐力以充分提高其對(duì)頂板的支撐能力；另外通過(guò)提升支架的初撐力能夠?qū)斆汉椭苯禹斝纬梢欢ǖ闹?，故合理的初撐力?duì)于綜放工作面頂板的控制較為重要。

3.2 支架支護(hù)阻力頻率分析

在20104 工作面回采過(guò)程中，液壓支架的工作阻力會(huì)在每個(gè)單獨(dú)的回采循環(huán)內(nèi)受到各種因素的影響而產(chǎn)生一定的變化，基于上述分析可知，工作面兩端頭的來(lái)壓強(qiáng)度相對(duì)較大，且在工作面傾斜方向上液壓支架對(duì)于頂板的支護(hù)作用也會(huì)呈現(xiàn)一定的差異，進(jìn)而表現(xiàn)為工作面不同區(qū)域液壓支架的工作阻力會(huì)發(fā)生一定程度的變化。根據(jù)工作面回采期間液壓支架的監(jiān)測(cè)結(jié)果，得出工作面不同區(qū)域液壓支架時(shí)間加權(quán)阻力分布特征如圖5 所示。

圖5 工作面不同區(qū)域時(shí)間加權(quán)阻力分布直方圖

分析圖5（a）可知，工作面回采期間，工作面上部區(qū)域的支架的時(shí)間加權(quán)阻力最主要分布在3000～6000kN 的區(qū)間內(nèi)，占到統(tǒng)計(jì)量的99.5%，其中支架時(shí)間加權(quán)支護(hù)阻力又主要落在4000～500kN 范圍內(nèi)，占到統(tǒng)計(jì)量的50.26%；支架時(shí)間加權(quán)支護(hù)阻力超過(guò)支架額定支護(hù)阻力的比例約達(dá)到1%。分析圖5（b）可知，工作面中部時(shí)間加權(quán)支護(hù)阻力同樣主要分布在3000～6000kN 的范圍內(nèi)，但中部區(qū)域液壓支架工作阻力超過(guò)額定工作阻力的比例達(dá)到9.5%；分析圖5（c）可知，工作面下部液壓支架時(shí)間加權(quán)工作阻力在3000～6000kN 范圍內(nèi)的分布較為均勻，下部支架加權(quán)阻力超過(guò)額定工作阻力的占比為6%。

基于上述分析可知，20104 工作面回采期間，液壓支架工作阻力呈現(xiàn)出中間大兩端小的分布特征，ZF5600/17.5/28 型液壓支架在工作面的上部、中部和下部區(qū)域超出額定工作阻力的比例分別達(dá)到1%、9.5%和6%，據(jù)此可知該支架的額定工作阻力偏小，工作面回采期間存在一定的壓架危險(xiǎn)性，且該支架在工作面中部區(qū)域的適應(yīng)性相對(duì)較差，故應(yīng)在工作面來(lái)壓期間加強(qiáng)液壓支架的管理，液壓泵站提供充足的壓力，以充分保障支架的安全。

4 結(jié) 論

通過(guò)在20104 工作面回采期間進(jìn)行液壓支架工作阻力特征的監(jiān)測(cè)分析，分析支架時(shí)間加權(quán)工作阻力與推進(jìn)距離曲線間的關(guān)系得出工作面的周期來(lái)壓步距為16.9～21.9m，工作面動(dòng)載系數(shù)表現(xiàn)為工作面兩端頭大、中部小的特征；基于支架適應(yīng)性的分析，得出液壓支架工作阻力呈現(xiàn)為中間大、兩端小的特征，ZF5600/17.5/28 型液壓支架額定工作阻力偏低，回采期間存在支架工作阻力超出額定工作阻力的現(xiàn)象，故在工作面來(lái)壓期間應(yīng)加強(qiáng)液壓支架的管理，以保障工作面的安全回采。