石 明

(霍州煤电集团李雅庄煤矿, 山西 霍州 031400)

1 前言

某矿井田内可采煤层共3层，分别为9、14、15#煤层，其中15#煤层全井田稳定可采，是井田内主要可采煤层。15#煤层赋存稳定，结构复杂，煤层总厚度最大7.48m，最小6.95m，平均煤厚7.21m。

某综放工作面15109位于一采区，开采15#煤层，走向长1 172m，倾斜长150m，面积约175 800m2，工作面位于15111工作面以西，15108工作面以东。

该工作面煤层顶板属坚硬顶板，且整体性较好。综放工作面采用走向长壁后退式开采，全部垮落法控制顶板，采用“一采一放追机放顶煤”的作业方式。采用MG300/700- WD型双滚筒采煤机双向割煤、装煤。15#煤层属中厚煤层，回采工作面选用支撑掩护式液压支架支护顶板，其中ZTG- 6500/18/30型液压支架(特殊架)4架，机头、机尾各两架；ZF- 5000/17/28型液压支架(普通架)100架。支护宽度为1.43～1.60m，支护面积为5.38～7.14m2,架中心距为1.50m，工作面最大控顶距为5.243m，最小控顶距为4.443m，初撑力为3 770kN，工作阻力为5 000kN(510t)。工作面布置如图1所示。

为分析回采空间支架与围岩相互作用关系，为合理选择采煤参数、支护方式和顶板控制方法提供理论依据，现对15109综放面进行矿压观测。

2 观测设备和测点布置

2.1 工作面矿压观测设备及方法

该综放工作面矿压观测设备采用YHY- 60型矿用液压支架测力仪、FCH64/0.5型矿用手持采集器监测支架工作状况。本工作面设定采样周期为10min，采集数据寄存在测力仪存储器内，再由矿用手持采集器用红外采集方法采集数据，采集数据方便、完整。将FCH64/0.5型矿用手持采集器携带至井上后通过数据线将数据传送到PC计算机处理。监测系统组成如图2所示。

图1 15109综放工作面布置图

2.2 测点布置

液压支架测力仪具有两个压力测孔，可同时测量两个测点的压力，每组测力仪两个压力通道分别测支架的前立柱和后立柱的压力。用矿用手持采集器每3天采集1次数据。

图2 监测系统组成示意图

由于工作面布置有内错尾巷和高抽巷，15109工作面测区布12组测力仪，分析沿工作面走向方向不同部位顶板的来压规律、支架的支护质量以及开采边界条件的影响，整体研究15109综采面采场矿压显现规律和支架工况，从而掌握整个工作面的压力分布情况，以采取针对性的有效控制措施[1]。每组测力仪分别监测支架左前柱和右后柱工作阻力，监测记录时间间隔10min/次。具体位置和编号见表1，同时观测每个测区处煤壁的片帮、端面的冒顶情况，掌握工作面不同部位及整个工作面的矿压显现情况。

表1 工作面液压支架测力仪分布情况

2.3 观测时间与要求

工作面从开切眼回采开始进行矿压观测，支架阻力连续观测将进行到形成几个周期来压即可。以上观测内容需要连续观测，即在规定的观测起始时间内，确保每天观测一次，一般安排在检修班由科研人员或技术人员进行观测，并及时输入计算机[2]。

3 综放面矿压显现规律

3.1 15109工作面顶板来压实测

监测期间工作面运输巷一侧推进99.4m，回风巷一侧推进99.7m，平均推进99.6m，共完成166个循环。YHY- 60型矿用液压支架测力仪监测时间为10min/次，每个立柱每天监测数据量为144个，工作面12个支架24个立柱每天的监测数据量为144×24=3 456个，监测期间总计监测数据141 696个。该观测仪器对液压支架工作阻力数据高密度、及时地监测，为准确分析工作面矿山压力变化规律创造了条件。

在15109综放工作面设置12个矿压观测测点(具体位置和编号见表1)，连续监测采集工作面各测点支架的工作阻力，采集的数据储存在测力仪存储器内，再通过红外采集方法由FCH64/0.5型矿用手持采集器进行数据采集，将采集到的数据携带至井上后通过数据线将数据传送到计算机进行处理。本次仅分析运输巷道一测1#、2#测力仪，工作面中部6#、7#测力仪及回风巷道一测11#、12#测力仪，现将各个观测点的直接顶初次垮落、基本顶初次来压及周期来压时工作面推进距离进行整理，具体数据见表2。

通过表2可以看出，15109综放面矿压显现规律见表3。

表2 15109综放面矿压观测数据

表3 15109综放面矿压显现规律

3.2 15109工作面矿压观测结果分析

通过以上对15109综放工作面矿压观测及资料分析结果，可以得出：

(1)工作面采用“一采一放追机放顶煤”的作业方式，放煤步距为0.6m，顶煤初次垮落后，支承压力的破煤作用不断提高，同时也为顶煤的继续垮落开出了自由面，因此进入正常推进阶段，顶煤可随采随冒。

(2)根据现场观察及数据分析得出， 15109综放面回采过程中，直接顶初次垮落平均步距为4m，基本顶初次来压平距步距为18.6m，周期来压平均步距为10.7m。其中工作面运输巷道一测基本顶初次来压平均步距为17.5m、工作面中部基本顶初次来压平均步距为18.8m、工作面回风巷道一侧基本顶初次来压平均步距为19.5m；工作面中部周期来压步距较两端相比要小。

(3)由于工作面两侧推进速度不同，导致工作面来压不同步。15109工作面推进过程中回风巷道一侧推进速度较运输巷道一侧推进速度快。根据矿压观测数据分析得出，15109工作面运输巷道初次来压显现较回风巷道早。运输巷道的矿压显现出现在工作面推进至17m时工作面顶板压力明显增大。回风巷道的矿压显现出现19m时工作面顶板压力明显增大。15109工作面初次来压平均步距为18.6m。

(4)综采支架工作状态正常，支架设计初撑力得到较好的发挥，支架的额定工作阻力已得到充分发挥。

4 结论

(1)15109综放工作面直接顶初次垮落平均步距为4m，基本顶初次来压平距步距为18.6m，周期来压平均步距为10.7m。

(2)由于工作面两侧推进速度不同，导致工作面来压不同步。

(3)综采支架工作状态正常，支架设计初撑力得到较好的发挥，支架的额定工作阻力已得到充分发挥。