温贺兴

(贵州文家坝矿业有限公司)



某矿首采工作面矿压规律

温贺兴

(贵州文家坝矿业有限公司)

A110602综采工作面为某矿一分区首采面，针对其三软煤层条件，进行了矿压监测，并分析了其支架适应性，分析结果对于该矿设备选型、安全高效开采有一定的参考价值。

三软煤层矿压观测矿压规律

某矿设计年生产能力240万t，设2个分区，现一分区首采面已进入联合试运转阶段。工作面距地表87～115 m，其顶部主要为灰岩，风化严重，老顶稳定性较差，煤层松软，抗压性弱，底板遇水易软化。由于该矿与周边煤矿在顶板条件上有较大差别，加之国内对该类三软煤层矿压规律、顶板关键层结构研究深度欠缺，开采缺乏必要的理论与实践指导[1-2]。以该矿A110602综采工作面为例，对其矿压进行监测，并对支架选型进行评价，为该矿后续分区采面的支架选用提供参考。

1　工作面概况

某矿属于煤与瓦斯突出矿井，A110602综采面布采6#煤层，倾长220 m，回采长度1 336 m，倾角14°～16°，煤层厚2.5～3.5 m，设计采高2.8 m。工作面西、南为矿界煤柱，其余为未采区域。煤层直接顶为厚6 m的砂质泥岩，老顶为厚12 m的灰岩。工作面采用ZY5000/17/38型掩护式支架,支护强度0.76～0.82 MPa，底板比压0.93 MPa，工作阻力42.5 MPa，泵站额定值为31.5 MPa。

2　初次来压步距计算

A110602综采工作面为首采面，按照采面O-X型破断形式，应按四边固支条件进行计算[3]。来压步距计算公式为

(1)

式中，h为基本顶厚度，m；Rt为基本顶抗拉强度，MPa；q为单位面积基本顶载荷，kN。

将h=6 m，Rt=1.862 MPa，q=1.811×105kN代入式(1)，计算得：L=28.4 m。

3　工作面矿压监测

3.1矿压监测方案

为掌握全面、具体的矿压数据，矿压监测从切眼开始至回采120 m止，工作面布设147台支架共分7个测区，测区Ⅰ(14#、15#、16#架)、测区Ⅱ(29#、30#、31#架)、测区Ⅲ(54#、55#、56#架)、测区Ⅳ(72#、73#、74#架)、测区Ⅴ(92#、93#、94#架)、测区Ⅵ(112#、113#、114#架)、测区Ⅶ(132#、133#、134#架)[4]，如图1所示。

图1　工作面矿压观测测区布置

3.2工作面矿压监测结果3.2.1工作面初采矿压

采面矿压监测设备布置完毕后的可采煤层厚2.7 m，为尽可能减少遗煤，采面采全厚。为尽早实现顶板垮落，减少初次来压巨大载荷与过长瓦斯积聚的采空区，在布设设备期间已将锚索、杆锁具解除，采面也布置成倾斜状，初采期间压力为25.5～32 MPa，上下两端头明显较大，如图2所示。采面在机尾推至26.4 m、机头21.2 m时，支架后方采空区有剧烈的岩层断裂声、顶板明显来压，据此可判断初次来压到来，较预想提前2～7 m。

3.2.2老顶周期来压

初次来压之后采面逐步调直，调直段为21.2～45 m。期间有部分支架阻力急剧增大，对应煤壁片帮的情况[5]。在调直之后推至50.2，56.6，63.4，70.6 m水平时，有明显片帮(深度0.5 ～0.9 m)，支架在来压期间所承受的压力与平时对比如图3所示。相关矿压监测数据见表1。由表1可知：各测区的周期来压步距不一，主要呈现为凸字型，周期来压步距为6.4～7.2 m，动载系数为1.31～1.49。

图2　初采期间支架压力

图3　来压期间支架压力与平时支架压力对比

4　支架适应性

支架支护强度的计算公式为

(2)

式中，P为工作面的支护强度，MPa；H为最大采高，3.4 m；γ为顶板岩石平均密度，2.83×103kg/m3；K为支架支护的顶板岩层厚度与采高之比，一般取4～8，本研究按最大值进行计算，取8[1,4]。

经式(2)计算得：P=0.78 MPa。计算结果在所使用的ZY5000/17/38支架支护强度范围内。从使用情况反馈，该支架可较好地适应该工作面的煤层矿压条件。

由相关监测结果可知，支架初撑力为25.5～32 MPa，与工作阻力的80%有较大差距，主要原因是供液距离过长。根据三软煤层开采经验，在立柱初撑力小、支撑系统刚度小的情况下，支架达到额定工作阻力的时间延长甚至一直无法达到额定工作阻力时，此时煤层顶板下沉量将急剧增大，势必造成工作面煤顶壁片帮和端面破碎，周期来压时上述现象更加突显[5-6]。

5　结　语

以某矿A110602综采工作面为例，对其进行了矿压监测，对该工作面矿压规律进行了分析，并讨论了支架适应性，认为初采期间矿压为两端大、中部小；工作面初次来压步距为24.2 m，周期来压步距为6.4～7.2 m，来压步距呈现两端大、中间小的特点。建议将液压设备放置于设备列车上，减少管路阻力消耗，提高初撑力，减少片帮现象的出现。

表1　周期来压期间工作面各测区情况

[1]温贺兴，张东升，范钢伟，等.近浅埋煤层大采高综采面矿压规律研究[J].山西大同大学学报：自然科学版，2013，29(5)：75-77.

[2]谷拴成，李昂，樊志斌，等.澄合矿区中厚煤层综采面矿压显现特征研究[J].西安科技大学学报，2012，32(2)：186-192.

[3]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[4]张新蛮，曹怀建，韩磊.浅埋大采高综采工作面矿压显现规律研究[J].煤炭工程，2012(2)：48-51.

[5]郭瑞瑞，杨永亮.软煤层大采高综采面片帮冒顶分析[J].陕西煤炭，2012(6)：79-80.

[6]王春华，丁仁政.大采高支架的适应性与稳定性分析[J].煤矿机械，2007，28(3)：47-49.

2016-06-07)

温贺兴(1987—)，男，助理工程师，552100 贵州省织金县文腾社区。