卞学鹏

(山西古县兰花宝欣煤业有限公司，山西 临汾 042405)

1 工程概况

兰花宝欣煤矿井田内开采煤层为2号、3号、9+10号和11号煤层。2号煤层厚度为0.73～1.24 m，平均厚度0.86 m，3号煤层厚度为1.5～1.9 m，平均厚度为1.77 m，2号煤层与3号煤层平均间距为13.4 m，属于近距离煤层，层间的岩性主要为砂岩和砂质泥岩。3101工作面开采3号煤层，煤层直接顶为中细砂岩，平均厚度为3.2 m，基本顶为中细砂岩，平均厚度为1.5 m，底板岩层为泥岩和砂岩泥岩，3103工作面布置在上部2101工作面外侧，具体两工作面的布置形式见图1。根据矿井设计报告可知，2101工作面与3103工作面采用联合开采，3103工作面滞后2101工作面40 m进行回采作业，为掌握3103工作面回采期间的矿压显现规律，特在工作面回采期间进行矿压监测与分析。

2 矿压显现规律

3103工作面采用ZZ3400/15/24型液压支撑掩护式液压支架，该液压支架的初撑力为2 524 kN，支架的工作阻力为3 400 kN。该液压支架的最大和最小控顶距分别为4.625 m和4.025 m。3103工作面倾斜长度为135 m，工作面内共布置86架液压支架，工作面回采期间进行液压支架工作阻力的监测分析，在工作面内布置12组测站，如图2所示。工作面回采期间每10 min进行液压支架工作阻力的监测分析，观测值为液压支架的液压支架左立柱和右立柱两个数值。

图1 2101与3103工作面回采巷道布置形式示意

图2 3103工作面液压支架监测系统布置方式示意

工作面液压支架的监测分析划分为3组，分别为工作面上部、中部和下部。为分析工作面不同区域的矿压显现规律，每组分别选取两个液压支架进行工作阻力曲线分析。工作面上部选取70号和85号，工作面中部选取30号和45号，工作面下部选取1号和10号。具体工作面不同区域液压支架的工作阻力曲线如图3所示。由图3可知，各组液压支架的工作阻力曲线基本呈相同的变化趋势。

根据表1结合液压支架的工作阻力曲线可知，3101工作面直接顶的初次垮落步距为16.1 m，基本顶平均初次来压步距为21.4 m，工作面上部、中部和下部的来压步距分别为21.4 m、20.1 m和22.6 m；另外从表中能够看出，观测期间内基本顶出现5次周期来压现象，工作面整体平均周期来压步距为10.4 m，工作面上部、中部和下部区域的基本顶周期来压步距分别为10.5 m、10.8 m和10.0 m；综合上述分析可知，3103工作面回采期间基本顶的初次来压步距和周期来压步距分别为20.4 m和10.4 m。

另外根据液压支架工作阻力的监测数据能够得出工作面不同区域支架左右柱压力数值，现从工作面上部、中部和下部区域分别选取3号、7号和11号测站的工作阻力柱状图进行统计分析，得出工作面不同位置处支架左右柱压力数值柱状图如图4所示。

图3 工作面回采期间液压支架工作阻力曲线

分析图3可知，3103工作面回采期间，液压支架的工作阻力基本在200～400 bar之间，即液压支架的工作阻力值在1 600～3 200 kN的范围内，无液压支架工作阻力超限现象出现，支架的阻力均在合理范围内；工作面上部区域和下部区域液压支架的工作阻力增长速度明显快于中部区域，上部区域和下部区域液压支架的工作阻力很快能够达到支架正常工作的要求，而中部区域液压支架工作阻力增阻速度较慢，产生这种现象的主要原因为工作面中部区域为2101工作面的采空区，由于顶板岩层在上煤层回采后已经破坏，覆岩压力较小[1-3]，而工作面两端头区域受到上部和下部煤层未开采区域应力集中的影响，液压支架工作阻力较大。

根据液压支架工作阻力的监测分析，得出3101工作面回采期间的矿压规律如表1所示。

表1 工作面顶板来压特征统计

图4 工作面液压支架工作阻力柱状图

由图4可知，工作面上部液压支架左柱和右柱的平均值分别为2 298 kN和1 801 kN，工作面中部区域液压支架左柱和右柱工作阻力的平均值分别为2 442 kN和1 746 kN，工作面下部区域支架左柱和右柱工作阻力的平均值分别为2 288 kN和1 823 kN。据此可知，工作面不同区域处，液压支架左柱压力的平均值均大于右柱压力。进一步分析液压支架的工作阻力数据可知，工作面上部、中部和下部支架工作阻力的平均值分别为1 957 kN、2 000 kN、4 210 kN,最大值分别为3 157 kN、4 210 kN、3 260 kN。据此可知，工作面上部和下部的支架工作阻力略小于工作面中部区域，且工作面中部区域的来压强度最大值也较大。

3 支架适应性分析

为有效分析3101工作面回采期间液压支架的适应性，从工作面初采期间便进行支架左右两柱工作阻力的分析，现选取2014年5月21日～8月31日时间段内支架压力值数据进行分析，将数据以1 000 kN、2 000 kN、3 000 kN和4 000 kN为划分界限，根据液压支架位置的不同，将支架划分为上部、中上部、中下部和下部四类[4-8]，根据统计数据得出工作面不同区域支架工作阻力柱状图，见图5。

由图5可知，工作面上部区域液压支架工作阻力在0～1 000 kN，1 000～2 000 kN，2 000～3 000 kN，3 000～4 000 kN围内数值占比分别为4.07%、36.84%、58.21%和0.88%，支架工作阻力在2 000～3 000 kN区域内的最多，且上部区域液压支架无工作阻力超过4 000 kN的现象出现；另外从图中能够看出工作面中上部、中下部和下部区域液压支架的工作阻力呈现为相同的规律，液压支架工作阻力落在2 000～3 000 kN区域内数值占到总体支架的50%以上，其次为1 000～2 000 kN区域内数值占到总体支架约30%，液压支架无超过4 000 kN现象的出现。综合上述分析可知，工作面液压支架的工作阻力基本均分布在3 000 kN附近的区域，支架无超出工作阻力的情况，回采期间无压架现象出现，这即表明3103工作面采用的ZZ3400/15/24型液压支架的适应性较好，支架处于良好的工作状态。

图5 工作面不同区域液压支架工作阻力柱状图

4 结 语

根据3103工作面的赋存特征，基于3103工作面与上覆2101工作面的位置关系，通过现场监测的方式可知：工作面上部和下部区域支架的增阻速度快于中部，工作面基本顶的初次来压步距和周期来压步距分别为20.4 m和10.4 m，根据液压支架适应性分析可知，ZZ3400/15/24型液压支架适应性较好。