李雅庄煤矿松软底板中硬煤层采场矿压规律研究

解俊祥 霍州煤电李雅庄煤矿，山西霍州 031400

李雅庄煤矿松软底板中硬煤层采场矿压规律研究

解俊祥 霍州煤电李雅庄煤矿，山西霍州 031400

本文以李雅庄矿2-226综采工作面作为主研究对象,利用KJ216顶板(压力)动态监测系统，总结出工作面矿压显现规律，并针对性地改革了本矿原有支护措施, 为矿井高产、高效、安全、低耗实现均衡生产创造了条件。

松软底板;中硬煤层;采场;矿压规律

引言

松软底板的底臌问题是困扰李雅庄煤矿正常生产的核心技术难题之一，特别当开采煤层硬度为中硬以上时，底臌问题更加严重。当下李雅庄煤矿的开拓掘进人数近500人，目前每天底臌起底和维修巷道人数大约有200人左右。226工作面的超前支护段的底臌问题已经严重困扰了工作面的正常推进。本文首先对226回采工作面的矿压规律进行布点观测，总结松软底板中硬煤层条件下厚煤层开采的矿压规律，并针对性的改革了原有支护措施，为矿井高产、高效、安全、低耗生产提供了条件。

1 工作面概况

李雅庄矿2-226工作面位于二采区前进方向的左翼，工作面为二采区末端采面，西与2-224采空区相邻，南与矿井边界相邻；北与六采区边界接壤；东部距矿井边界200～270m，埋藏深度568m～664m。

该工作面回采1#、2#合层煤，煤层厚度为3.2m～3.8m，煤层平均厚度为3.5m；煤层总体为单斜构造，煤层倾角为3 °～13°，平均5°；直接顶为2.34m～3.87m的砂质泥岩，基本顶为2.1m～3.85m细砂岩，伪顶为0～0.34m泥岩；直接底为1.6～2.6m粉砂岩，基本底为2.34～3.54细砂岩；工作面采用两进一回的通风方式；采用后退式一次采全高综合机械化采煤方法, 全部垮落法管理采空区；工作面所用采煤设备为MG500/1210-GWD型交流电牵引采煤机一台,SGZ-1000/1400型刮板输送机一部， ZY-7200/19/40 型液压支架114架。正巷安装设备：SSJ-1000/2*160重型可伸缩胶带机一部，长度为1300m，Z Y 2 7 0 0型自移机尾一部，长1 2.5 m，PCM200型锤式破碎机一台，SZZ-1000/ 375型顺槽用刮板转载机一部，转载机与破碎机总长40.5m。正巷口安装注氮机一部，安装DX80防爆蓄电池单轨吊车一部，长1200m。副巷：安装KWJ90型无极绳绞车一部1400m，副巷口安装JD-25调度绞车两部。距端头约50m处为工作面配电点，安装1000KVA/1140/660V、2500KVA/ 3300V矿用负荷中心三台，BRW400/31.5型大流量乳化液泵站两套及喷雾泵两台。安装BDLG-120型电缆拖挂单轨吊一部。副巷贯眼内安装局部通风机及瓦斯抽放泵。

正巷超前支护动态保持不少于3 0 m，一梁三柱(单体液压支柱)4.2mπ型梁棚管理；副巷超前支护动态保持不少于30m，单体液压支柱配合1.8mπ型梁管理。

2 矿压观测设备及方案

2.1 矿压监测设备

我矿采用山东省尤洛卡自动化装备股份有限公司生产的KJ216顶板(压力)动态监测系统——综采支架工作阻力监测子系统。

综采支架工作阻力监测系统用于煤矿综采工作面的支护工作阻力在线监测。系统现场总线采用标准RS485数据总线，总线可连接64台压力监测分站，压力监测分站可现场实时显示支架工作阻力、最大工作阻力。通讯分站控制巡测下位压力监测分站，通讯分站的数据发送到上位通讯主站。

综采支架工作阻力监测系统采用配套KDW28型矿用防爆电源供电。每台供电电源可负载一台通讯分站（通讯分站结构见图1）和15台压力监测分站（通讯分站连接示意图2），每超过15台压力监测分站增加一台供电电源。

图1 通讯分站结构示意图

图2 通讯分站连接示意图

2.2 矿压监测方案

（1）沿工作面倾斜方向,每隔5-6架在支架的前后柱各安装一块压力连续监测记录仪,连续观测支架前后柱的初撑力、工作阻力、时间加权阻力等。

（2）沿工作面倾斜方向,每隔5～6架,即与液压支架载荷测站同步设宏观统计测站,对端面顶板及煤壁的破碎情况进行统计,同时,对工作面支架安全阀开启情况进行全面统计。

（3）每五日对在线监测数据做一次分析、汇总，每月写一篇总结报告，并根据分析统计情况预测下一次来压时间，以做好防备工作。

3 观测结果分析

3.1 监测数据的分析、汇总

自2010年4月以来，根据每月对在线监测数据的分析、汇总，通过离散型数据分析（图3），得出2-226工作面初次来压步距、平均来压周期和平均来压步距的结论。

2-226工作面初次来压步距为14m，正常割煤期间平均来压周期为3天，平均来压步距14.4m。

图3 李雅庄煤矿2-226综采工作阻力历史数据分析曲线图

2010年4 月至2011年1月2-226工作面每月平均来压周期、来压步距如下表1所示。

表1 每月平均来压周期、来压步距表

分别通过离散点分析和折线分析来压周期和步距如图4、图5所示。

图4 来压周期表

图5 来压步距表

3.2 影响工作面来压步距、来压周期的因素主要分析

3.2.1 工作面推进速度

图6 特殊时期来压周期情况

根据对在线监测数据的分析结果（图4、图5），工作面正常割煤期间（每天割6刀煤）来压步距12m～16m，平均14m，来压周期平均3天；工作面煤壁片帮量较小，顶板情况较好，两巷超前矿压显现较小。在特殊情况下（图6）（每天割3刀煤）来压步距15m～28m，平均21.5m，来压周期平均8天；老顶断裂时间较长，工作面液压支架长时间处在高应力区段，煤壁片帮量相对有所增多，顶板出现破碎现象，两巷超前矿压显现较明显，不利于工作面安全管理和设备的维护。

工作面推进速度较快时，台阶岩梁结构模型起主导作用（图7）。工作面推进过程中，顶板还没有完全破坏，岩块之间仍然有一定的铰接力进行连接，顶板只有很少的一部分力作用在液压支架上；随着工作面的继续推进，由于铰接关系（砌体梁）的存在液压支架上承受的力也随之继续增加，当顶板岩块之间的连接力不能满足支撑上覆岩层的重量时，在采空区垮落，液压支架上显现的力也突然减小。

图7 台阶岩梁结构模型

工作面推进速度较慢时，砌体梁结构模型起主导作用（图8）。工作面推进过程中，上覆岩层砌体梁之间的连接，也会形成铰接形式，因为推进速度较慢，铰接效果较好，液压支架这时就充当了一个支点；随着工作面的继续推进，由于铰接关系（砌体梁）的存在液压支架上承受的力也随之继续增加，当顶板岩块之间的连接力不能满足支撑上覆岩层的重量时，在采空区垮落，液压支架上显现的力也突然减小。

图8 砌体梁结构模型

3.2.2 工作面埋深

2-601 工作面和2-226工作面选用的设备、地质条件和支护形式基本相同，但是，2-601工作面埋藏深度在460m～570m之间，2-226工作面埋藏深度在568m～664m之间。2-601工作面来压步距平均22m，来压周期4.5天。相对2-226工作面来压步距和周期都比较长，我们大胆假设在相同条件下埋藏深度越浅来压步距、来压周期就越长。建立简单模型（图 9）进行计算:

图9 上覆岩层示意模型

式中 F ——上覆岩层之间的铰接力，设为定值；

f——上覆岩层作用在铰接处所施加的力；

g——重力加速度9.81m/s2；

H——上覆的埋藏深度；

s——上覆岩层块状岩石的长度，设为定值；

从式中可以看出：当H越大时f越大，也就是说开采深度越大时，上覆岩层作用在铰接处所的力越大，岩块铰接处越容易断裂，来压步距越小。

另外，影响周期来压步骤的因素还有：

①季节：从观测数据上来分析，夏天工作面来压步距、来压周期较小，而冬天来压步距、来压周期却较长；

②构造：在构造段来压步距、来压周期有所变化，通常是变小，但是有时也会出现变大的情况。

4 结论

通过矿压观测基本摸清工作面上覆岩层的运动规律,并制定了针对性的措施,加强顶板管理, 指导工作面安全生产,为矿井高产、高效、安全、低耗实现均衡生产创造条件。同时，验证了工作面三机配套的合理性、设备运行的可靠性,为矿今后在综采工作面设备选型上,提供了有益的借鉴。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.024