综采工作面初采矿压观测分析

综采工作面初采矿压观测分析

芮波

神华神东煤炭集团公司寸草塔二矿内蒙古鄂尔多斯017209

摘要：随着矿产开采的延伸，由于受地质条件的限制和采区边界的影响，为提高资源回收率，为确保顺利回采，文章针对综采工作面初采矿压观测分析，为综采工作面初采矿压观测分析提供理论与实践依据。

关键词：综采工作；采矿；分析

1工作面概况及工作面支护

1.1工作面概况

寸草塔二矿31202综放工作面位于31煤二盘区，22煤22111、22113采空区下方，31煤回风大巷西北侧，为31煤层二盘区第二个工作面，辅运外侧为31201工作面采空区。工作面推进长度2635.7m，工作面宽度310m，煤层厚度为4.0-7.8m，平均煤厚6.42m。工作面掘进过程中揭露6条断层，所有断层均为正断层，产状分别为：F3170：311°∠55°H=1.2m、F3169：111°∠60°H=1.0m、F3168：303°∠55°H=2.5m、F3145：164°∠55°H=2.4m、F3144：228°∠40°H=5.8m、F3149：256°∠55°H=1.5m。预计该6条断层将会对回采产生影响，其中F3168、F3145和F3144对回采影响大。工作面回采至距切眼约2070m处可能揭露22煤层揭露的F28（F28：86°∠43°H=6.3m）断层在31煤的延伸，预计断层落差H=6.5m（靠近辅运顺槽）。断层附近煤层顶底板破碎，容易发生片帮和冒顶。

1.2支护方式

工作面选用液压支架共155台，郑煤机生产的ZFY18000/25/39D型支架145台，其中工作面中间支架143台，过渡架头尾各1台，机头组合支架1台，机头、机尾端头头支架ZY12000/20/40D共9台。

表1-1郑煤ZFY18000/25/39D液压支架主要技术特征表

1.3液压支架的确定

1.3.1选型原则和要求：

1、支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和老顶岩层移动产生的压力；

2、支架的结构和支护特性，要能适应和保护暴露顶板的完整性；

3、支架底座要适应底板岩石的抗压强度；

4、支架支撑高度要与采高或煤层厚度相适应；

5、支架的安全性能要好。

1.3.2支架选型验算

1、支护强度的计算

采用以往的经验公式来计算：

①P≥

②P≥

式中：

P——支护强度，MPa；

M——开采厚度，取3.5m；

r——顶板岩石容重，取2.7t/m3；

K——顶板动载系数，取1.3；

a——煤层倾角，取6°；

B——附加阻力系数，取1.2；

n——不均衡安全系数，取1.75；

d——顶板岩石碎胀系数，取1.25。

则：①P≥9.8×3.5×2.7×1.3×1.2/1000×（1.25-1）cos6°=0.58Mpa

②P≥9.8×3.5×2.7×1.75×cos6°/1000×（1.25-1）=0.65Mpa

最后取P=0.65Mpa。

2、支架载荷

根据支护强度，则验算支架支护载荷为：

T＝P（L+C）×（B+J）/Ks

式中：T——支护载荷，KN；

L——顶梁长度，5.152m；

C——顶梁前端到煤壁的距离，1.427m；

B——顶梁宽度，1.95m；

J——架间距，0.2m；

Ks——液压支架支护效率，掩护式液压支架取0.9。

则T＝0.76×（5.152+1.427）×（1.95+0.2）×1000/0.9＝11945KN

计算结果表明，液压支架的工作阻力18000KN满足支护载荷的要求。

3、支架高度

（1）支架最大高度

Hzmax＝Mmax+S1

式中：Hzmax——支架最大支护高度，mm；

Mmax——工作面最大采高，取3500mm；

S1——顶煤冒落的最大厚度，取200mm。

则Hzmax＝3500+200＝3700mm。

（2）支架最小高度

Hzmin＝Mmin-S2-g-e

式中：Hzmin——支架最小支护高度，mm；

Mmin——工作面最小采高，取3200mm；

S2——顶板的下沉量，取200mm；

g——顶梁上、底座下的浮矸厚度，取50mm；

e——移架时支架回缩量，取100mm。

则Hzmin＝3200-200-50-100＝2850mm。

根据以上各参数，本工作面选用郑煤液压支架支撑高度2500～3900mm满足要求。

2矿压观测方案

2.1观测工具

郑煤集团生产的二柱式掩护支架在左右立柱上安有压力传感器，压力数值可以动态的显示在电液控制器上，利用专业设备把支架电液控上显示的数据传送到工作面集中控制台，用专业的支架数据监控软件就可把顶板载荷数据动态的直观显示在电脑屏幕上，数据可以随时记录下来，为研究周期来压步距和顶板活动规律提供了方便。

2.2测线布置

在工作面154台液压支架上每隔5架布置一个测点，即将测点布置在5#、10#、15#、…145#、150#支架上，工作面共布置了30个测点。从工作面距离主回撤通道200m时开始进行末采期间的矿压观测。

2.3研究方法

利用Excel软件将观测的矿山压力数据录入表格，将不同的压力值显示为不同的颜色，通过不同的颜色及深浅显示顶板压力的大小，这样更直观的看出顶板岩层的活动和周期来压的步距，为研究提供方便。

生产现场采用人工记录的方法，记录工作面顶板来压期间的煤壁片帮程度、顶板漏矸、支架立柱下沉度等现象，与表格录入的矿压相结合来共同分析总结综采工作面周期来压规律。

3初采期间矿压规律分析

3.1初采期间0-50米的来压分析

工作面推进约35.7m的时候直接顶开始初次来压，来压不明显，工作面105-135#液压支架处压力值显示在300以上，其它地点均为300以下；工作面推进至约43.7m时工作面老顶来压，压力持续6m；其中85-125#液压支架处压力明显在400bar以上，此段煤壁片帮较为严重，95-98#液压支架段来压明显、强烈，压力显示值均在450bar以上。95-106#支架立柱下沉80mm，可以确定为工作面局部开始来压，其它地方来压不明显。

根据曲面图可以看出，直接顶来压为35.7m；老顶来压距离为43.7m，其中工作面85-125#液压支架处来压至较大均为400bar以上。

3.2初采期间50-100米的来压分析

工作面推进约64.7m的时候第一次周期来压，距离上来工作面老顶来压的距离为21m。其中75-105#支架段来压明显，大部分液压支架压力值显示在400以上，其它地点均为300以下，97-100#液压支架处片帮严重。本次来压75-100#液压支架段压力持续近4m。

工作面推进约87m的时候第二次周期来压，距离上来工作面老顶来压的距离为22.3m。其中60-90#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400以上，其它地点均为300以下，55-80#液压支架处片帮严重。本次来压55-80#液压支架段压力持续3m，来压不是很明显。

根据曲面图可以看出，直接顶来压为35.7m；老顶初次来压距离为43.7m，工作面推进约64.7m的时候第一次周期来压，距离老顶初次来压步距为21m。第二次周期来压距离为87m。

3.3初采期间100-150米的来压分析

工作面推进约109m的时候第三次周期来压，距离上来工作面来压的距离为22m。其中45-85#支架段来压明显，75-79#液压支架段片帮严重，来压持续3m。其它地点均为300以下，本次来压不明显。

工作面推进约130m的时候第四次周期来压，距离上来工作面老顶来压的距离为21m。其中45-90#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400以上，其它地点均为300以下，本次来压80-90#液压支架处片帮严重，压力持续2m。本次来压不明显。

根据曲面图可以看出，回采100-150m范围内，工作面推进109m时周期来压一次，工作面推进130m时再次周期来压一次。

3.4初采期间150-200米的来压分析

工作面推进约151m的时候第五次周期来压，距离上来工作面来压的距离为21m。其中75-125#支架段部分地段来压，85-99#液压支架段片帮严重，来压持续3m。其它地点均为300以下，本次来压不明显。

工作面推进约170m的时候第六次周期来压，距离上来工作面老顶来压的距离为19m。其中45-80#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400以上，其它地点均为300以下，本次来压70-79#液压支架处片帮严重，压力持续4m。本次来压不明显。

工作面推进约191m的时候第七次周期来压，距离上来工作面老顶来压的距离为21m。其中75-120#支架段来压部分地点来压，大部分液压支架压力值显示在400以上，其它地点均为300以下，本次来压70-79#液压支架处片帮严重，压力持续4m。

根据曲面图可以看出，回采150-200m范围内，工作面来压三次，分别为推进至151m时周期来压一次，推进170m时周期来压一次，推进191m时周期来压一次。

3.5初采期间的顶板观测

工作面采用自然垮落法控制采空区顶板。初采期间工作面调斜，机尾滞后机头65.8m，矿压观测从机尾推进开始。当机尾推进到8m时，140-150#支架处顶煤开始垮落；推进到20m时，140#-100#支架顶板开始垮落；推进到30m时，100#-60#支架顶板开始垮落；推进到50m时，60#-20#支架顶板开始垮落。再次期间机头至20#支架未推进。

3.6初采期间的来压观测

初采期间工作面回采200共计来压9次，具体来压距离和步距如下表：

31202综放工作面初采期间来压统计表

4来压期间针对性措施

1、工作面末采来压期间，工作面采高控制在3.7m，沿底推进。

2、严格执行“五到位”即跟机拉架、带压擦顶移架和拉超前架并及时伸出伸缩顶梁和打出护帮板。

3、加强设备检修，确保正常运转，加快工作面推进速度。

4、加强工作面和超前支护管理，确保支架、单体液压支柱达到初撑力。

5、煤机司机和支架工密切配合，收护帮板不得超过5架，防止片帮煤量大压死运输机。

6、检查工作面支架及液压系统，所有支架的液压系统无跑、冒、滴、漏现象。

7、确保支架架形，顶梁接顶严密，无错差，支护效果符合要求。

8、乳化液泵站压力达到31.5Mpa，乳化液浓度配比达到3%—5%。

5结论

根据来压期间观测数据和统计表可以看出老顶周期来压距离在19-22m之间，是由于工作面采用自然垮落法处理采空区顶板，和工作面前期由于各种原因导致工作面推进速度、采高不稳定造成前期来压不是很规律，来压步距之间的差距较大。

待工作面推进至100m后，工作面正常推进，采高控制在3.9m，来压步距在20m之间，来压步距较为稳定。可以总结出本工作面的周期来压步距为20m左右。

通过总结可以得出工作面的周期来压步距与工作面的推进速度和采高有很大的关系。采高越大来压强烈，推进速度约慢周期来压距离越小。为以后的工作面的顶板管理做出了指导。

参考文献：

[1]王华平，赵海彦.综采工作面矿压显现特征及控制技术探析[J].能源与节能.2018（07）

[2]王斌，崔豪桐.近距离煤层群综采工作面矿压显现特征研究[J].山西煤炭.2016（06）

作者简介：

芮波（1986—），男，辽宁省灯塔市人，2010年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源专业，助理工程师，现从事煤矿开采技术工作。