五家沟煤业5201综放面矿压观测及其显现规律研究

2013-09-04杨伯达张广超

中国煤炭工业 2013年12期

文/杨伯达张广超

文/杨伯达张广超

山西朔州山阴金海洋五家沟煤业有限公司5201综放工作面因煤层厚度大，结构复杂，夹矸层多，加之受砂岩、泥岩的复合型顶板的影响，工作面开采过程中片帮、冒漏顶现象频繁，甚至出现支架压死、掩护梁焊缝开裂、耳座断裂等异常矿压现象。因此，开展5201综放面矿压观测，研究其显现规律，对于分析评价工作面支架与围岩的适应性、确定支架工况、合理选择并改进支架具有重要意义。

一、地质生产条件

五家沟煤业公司5201综放工作面位于五家沟井田二采区，主采5#煤层，煤层厚度10.0m～12.0m，平均10.84m，全井田普遍发育，含夹矸0～4层，夹矸层厚0～1m，属全区稳定可采煤层。

顶板岩性为砂质泥岩，厚度为1m，老顶为中粗砂岩，厚度为10m，底板为砂质泥岩，厚度为1m。

工作面倾斜长度300m，走向长度2200m，采高3.3m，放煤高度为7.2m，采放比1∶2.18，落煤采用MG650/1510-WD型交流电牵引采煤机，支护采用ZF10000/23/37型支撑掩护式液压支架。

二、测站布置

根据5201综放工作面存在异常矿压的现象，五家沟煤业公司以矿山压力与岩层控制理论为基础，确定了矿压观测主要内容包括支架立柱的液压信息，端面冒漏片帮和支架几何位态信息，要求工作人员每1～2天下井采集一次数据，并对数据进行分析处理，以确定顶板运动的基本参数、工作面支架工况和端面顶板控制情况。

为使测站的布置具有代表性，结合5201综放工作面实际地质赋存和生产状况，在工作面均匀布置5个测站，分别设在10#、55#、100#、145#、190#支架处，矿压观测测站布置图如图1所示。

图1矿压观测测站布置图

三、工作面矿压规律及其特征

1.支架液压信息变化规律

5201综放工作面矿压观测从2010年12月1日起，到2012年1月17日结束，在此期间工作面推进180m，共经历四次周期来压。依据井下观测所得原始资料，取工作面的推进度为横坐标，前后柱液压为纵坐标，绘制支架前后柱液压与冒高、片帮随推进度的变化特征曲线。图2为5201综放工作面典型支架液压信息及冒顶片帮变化特征曲线。

现场调研分析得出，老顶的初次来压步距平均值为89.0m。由图2可知，工作面下部、中下部、中部、中上部、上部老顶周期来压步距分别为32.8m、30.2m、28.8m、30.3m、29.5m。由此可得五家沟煤业5201综放工作面老顶的周期来压步距平均值为30.31m。

周期来压期间，整个工作面立柱液压较未来压时明显增大，来压动载系数平均值为1.38。其中，工作面中部来压期间支架立柱的液压值达到39.5MPa，而未来压时仅为26.8MPa，来压动载系数为1.47，来压强度较大。

ZF10000/23/37型支撑掩护式液压支架额定工作阻力为40.6MPa，整个工作面支架立柱液压信息大于40MPa占2.64%，大于24MPa占52.94%，小于8MPa仅占6.87%，整个工作面支架出现了少量支柱液压超过额定值的现象。但总体来说，整个工作面压力分布正常，ZF10000/23/37支架的工作性能处于良好的状态。

2.支架几何位态的分布特征探析

采用钢卷尺、钢板尺和坡度规等测量仪器对5201综放工作面支架的立柱倾向角、顶梁台阶、顶梁俯仰角、端面距进行观测。数据分析表明：工作面支架立柱倾向角大于5°的液压支架占所测支架的22%，倾角在3～5°之间的占所测支架的18%，而工作面倾角不大于3°的占所测支架的60%；顶梁台阶大于0.20m的仅占6%，在0.1～0.2m之间的占到22%，小于0.1m占总数的72%。顶梁俯仰角大于5°的占到31%，在3°～5°之间的占所测支架的10%，而不大于3°的占到59%；端面距大于0.8m的占所测总支架数的4%，小于0.3～0.8m的占总数的39%，而端面距小于0.3m的占到了57%。

整体来说，5201综放工作面支架几何位态基本控制在正常的变化范围内，支架工作状态良好，小范围区域出现顶梁台阶大、顶梁俯仰大、端面距大的异常现象，可在开采过程中加强相关区域的控制。

3.端面顶板片帮冒顶情况

端面煤岩体冒（漏）顶片帮是综放开采的关键技术参数，通过对5201综放工作面端面煤岩体冒（漏）顶片帮状况的现场实测。经测试数据统计分析得出5201综放工作面冒（漏）顶、片帮状况分布特征如图3所示。

由图3可知，5201综放工作面片帮主要集中在0～0.25m和 0.25～0.5m范围内，分别占61%及30%，发生过大于1m的片帮情况，主要集中在工作面中部和中上部区域；冒顶多集中在0～0.25m范围内，且没有大于0.75m的冒顶。因此，在后期开采实践中要加强中部及中下部区域端面煤岩体的控制，尤其是在周期来压期间。