李志强，苏 礼，李 洋

（1.晋能控股煤业集团 三元石窟煤业有限公司，山西 长治 046000；2.华北科技学院，北京 101601）

0 引 言

超前支承压力是指工作面煤层采出后，由于覆岩压力的转移，在前方煤壁形成的集中应力。超前支承压力的分布特征将对工作面和上下顺槽的围岩控制产生较大的影响。近些年我国现代化矿井的生产技术和装备发展十分迅速[1-4]，综合机械化放顶煤开采在我国的发展和成果显著[5,7]，在世界范围内也处于前列。掌握超前支承压力的分布规律和特征对巷道维护和支护方案选择十分重要。然而影响超前支承压力的因素很多，主要因素有煤层埋藏深度、采厚、顶板悬梁长度和煤层强度等[8-11]。本文主要分析综放开采时采厚与超前支承压力峰值位置的关系，其中峰值位置指的是峰值位置与工作面煤壁的距离。

1 超前支承压力观测

河林煤矿的主采煤层为7（4）煤层，j7401工作面范围内的顶板岩性属于中等偏硬岩层，地质构造简单，工作面范围内无断层，走向长度为1 520 m，倾向长度为240 m。j7401工作面煤层倾角变化范围较大（图1），开采过程中俯角最大达到32°，仰角最大达到16°，在整个煤层开采过程中也有4段属于近水平煤层，分别为图中的A段、B段、C段和D段。工作面范围内地表标高为+255—+310 m，工作面水平标高-150—-270 m，煤层厚度为7.8～16.3 m，平均煤层厚度大约是11.4 m，采用综合机械化放顶煤开采，设计采高为3.4 m，放顶高度根据推进不同位置时的煤层厚度而定。

图1 j 7401工作面煤层分布Fig.1 Coal seam distribution of No.j7401 face

以河林矿j7401工作面为研究对象，分析不同综放开采厚度时的超前支承压力位置变化特征。在图1中A段的长度为62 m，平均煤层厚度大约为9.6 m，开采过程中采高3.4 m，放顶高度为6.2 m；B段的长度为58 m，平均煤层厚度为8.4 m，设计采高3.4 m，放顶高度5.1 m；C段长度为53 m，平均煤层厚度为11.2 m，采高3.4 m，放顶高度7.8 m；D段长度为48 m，平均煤层厚度12.9 m，采高3.4 m，放顶高度9.5 m。

在工作面的A段、B段、C段和D段分别设置观测线进行观测，在工作面推进至距离各个观测实验段30～50 m时，在回风巷开始布置超前支承压力钻孔测点，测点间距大约1 m（由于施工现场地质条件限制不能完全保证间距都是1 m，但测点间距控制在0.9～1.1 m），钻孔深度3 m（钻孔深度控制在2.9～3.1 m），钻孔距离巷道底板1.5 m（钻孔与巷道底板距离控制在1.4～1.6 m），钻孔参数和布置位置如图2所示。其中A段布置的测点数为60个，测点编号为A1，A2，…，A60；B段测点数为56个，测点编号为B1，B2，…，B56；C段测点数为52个，测点编号为C1，C2，…，C52；D段测点数为47个，测点编号为D1，D2，…，D47。

图2 钻孔参数和布置位置示意Fig.2 Parameters and layout position of drilling

根据现场j7401综放工作面的推进情况安排观测工作，当工作面与第一个测点距离大约20 m时开始记录超前支承压力数据，每推进一个循环（并且移架结束后）观测一次数据。当判断发生周期来压时，调取周期来压前的数据进行记录，记录的内容包括此时煤壁前方所有测点应力数据，以及各测点距工作面煤壁距离。

2 观测结果分析

工作面在A段、B段和C段推进过程中都观测到了3次周期来压，在D段推进过程中观测到了2次周期来压。整理每次周期来压前一次的超前支承压力数据，整理的数据为煤壁前方40个测点数据，即大约为煤壁前方40 m范围内超前支承压力。分别将4个监测段的来压数据绘制出来压曲线，如图3所示。

从图3中可以看出，在相同观测段观测得到的超前支承压力峰值的位置近似相同，在不同观测段观测得到的超前支承压力峰值的位置不同，超前支承压力峰值与工作面煤壁距离由小到大依次是B段、A段、C段、D段，4个观测段的采厚排序也是B段、A段、C段、D段，随着采厚的增加，超前 支承压力峰值的位置与工作面煤壁的距离变大。

图3 监测到的超前支承压力曲线Fig.3 Curve of the advancing abutment pressure

对4段监测到的数据分别采用拉格朗日插值方法进行分析，在插值区间内选择分析的数据节点，过这些数据节点构造插值函数，使得到的插值函数值与插值区间内原函数各节点值差值最小（其中，为插值区间内选择的节点数）。拉格朗日插值的实质是根据已知节点数据或函数曲线，构造一个统一的、具有足够精度的插值函数，利用插值函数分析原有数据的线性关系或统计关系。得到的4个观测段的插值曲线，如图4所示。

图4 超前支承压力插值曲线Fig.4 Interpolation curve of advancing abutment pressure

通过图4的插值曲线可以得出，4个观测段超前支承压力峰值位置距离工作面煤壁的距离分别是12.67、11.58、14.94和17.38 m。

3 结 语

采用拉格朗日插值的方法对观测的数据进行分析，可以看出，当采厚相同时，超前支承压力峰值位置基本相同；当采厚增加时，超前支承压力位置与工作面煤壁距离变大。在生产中观测相同地质采矿条件工作面2个采厚对应超前支承压力峰值位置，可以得到采厚与超值支承压力峰值位置的一次关系式，此关系式可以用于预测相同地质采矿条件下，不同采厚时超前支承压力峰值位置，对巷道维护和支护方案的选择，具有很好的指导作用和借鉴意义。