刘桥一矿综采工作面大倾角俯仰采开采矿压规律研究①

李效军 吴 徇

(皖北煤电集团刘桥一矿，安徽淮北 235000)

刘桥一矿综采工作面大倾角俯仰采开采矿压规律研究①

李效军②吴 徇

(皖北煤电集团刘桥一矿，安徽淮北 235000)

依据刘桥一矿II661大倾角俯仰采工作面为研究背景，通过现场矿压实测，对支架初撑力、工作阻力等进行分析，研究了大倾角俯仰采开采过程中俯采阶段及仰采阶段的矿压显现规律。研究得出的结论可为采区其他工作面煤层开采提供现实的指导意义，并可对皖北矿区具有类似煤层条件的矿井开采提供参考。关键词:大倾角;俯仰采;支架阻力;周期来压;矿压规律

刘桥一矿是一个已有29年开采历史的矿井。随着矿井不断向深部延伸开采，煤层地质条件变得越来越复杂，矿压显现也越来越明显。II66采区是矿井的新采区，也是重点采区，煤层平均倾角在20°左右。由于采区的右翼受陈集向斜的影响，地质条件变得极其复杂，且所有工作面开采过程中均会出现俯仰斜开采现象。国内矿井对于工作面俯采或仰采研究的比较多［1～8］，但是同一个工作面出现俯仰采开采的现象比较少，矿井开采可借鉴的成功经验较少。研究大倾角情况下综采工作面俯仰采开采矿山压力显现规律将具有重要的现实意义。

1 工作面地质及开采技术条件

II66采区为下山布置，所有工作面均采用走向长避采煤法开采，采区内煤层平均倾角在20°左右，由于采区的右翼受陈集向斜的影响，开采过程中采区右翼的工作面均会出现不同程度的俯仰斜开采现象。该采区的开采顺序为从上至下，采区内布置的三条下山随开采深度的增加而不断向下延伸。II661综采工作面为该采区的首采面，靠近本采区的最上面，受陈集向斜的影响工作面俯仰采角度较其他工作面尤为显著。

该工作面井下标高-518～632m，煤厚在2.5～3.4m 之间，平均2.9m，煤层倾角8°～32°，平均16°，煤层为黑色，块状及碎块状为主，该面为稳定煤层。工作面直接顶为块状细砂岩，厚度在3.7～5.2m;老顶为细砂岩，厚度在7.1m左右，直接底为泥岩，厚度在2m左右，老底为细砂岩，厚度在7.7m左右。工作面走向可采长度为500m，倾斜长度为194m，具体工作面平面图见图1所示。

图1 II661工作面素描图

工作面配套设施:采用 MG250/600-QWD采煤机螺旋滚筒截割落煤，采用SGZ764/2×200刮板运输机运煤，选用ZZ4400/17/35型支架作端头支架使用;选用ZZ4400/17/35型支架作基本支架，从机巷到风巷依次编号为1～130号，其中工作面支架允许最大采高3.5m，最小采高1.8m，平均2.9m，循环进度0.6m。

2 工作面矿压观测与分析

II661工作面从开切眼开始至开采结束，先后经历了俯采段、俯采到仰采的过渡平采段、仰采段这三个阶段。本文分别从俯采段及仰采段来说明工作面矿压显现特点及规律。

2.1 II661工作面俯采段矿压显现特点

2.1.1 俯采段实测支架工作阻力

Ⅱ661工作面俯采段采用YHY-60型液压支架测力仪实时记录支架初撑力和工作阻力变化。从2010年6月9号开始进行现场观测，观测历时40天，工作面回风顺槽平均推进49m。选取15#、55#、95#、125#分别作为下部测站、中下部测站、中上部测站、上部测站。以观测日煤壁处作为基点距离，通过对观测数据的整理分析，绘制出工作面各测站支架实测工作阻力总体曲线图，如图2。

图2 Ⅱ661工作面俯采段四个测站实测工作阻力总体曲线图

图中以实测支架循环末工作阻力(pm)平均值加其1.5倍的均方差(σpm)作为工作面老顶来压判距p'm，p'm=pm+1.5σpm。以大于p'm的pm数据和峰值来确定老顶来压性质、位置和顺序。

Ⅱ661工作面各测站来压判据P'm的计算结果如表1所示。

表1 各测站来压判据计算表

2.1.2 俯采段支架阻力统计分析

从图2及表1可以看出，工作面沿倾斜方向各测站的支架的平均支撑力的大小有差异。工作面中上部支架的平均支撑力最小，工作面中下部支架的平均支撑力最大;工作面俯采段具有较明显的周期来压特征且在倾向方向上来压具有明显的“时序性”，即工作面中部先来压，然后向下部、上部发展。具体工作面工作面来压步距分析见表2。

表2 工作面来压步距分析表

根据工作面四个测站的支架工作阻力频率分布统计结果，绘制了整个测站支架初撑力、循环末工作阻力的频率分布图如图3～4所示。

从工作面支架工作阻力分布直方图可以看出，支架的初撑力和循环末阻力都呈现偏正态分布。支架的平均初撑力为2312kN，为额定初撑力的58.38%，工作面的初撑力相对较小。支架额定工作面阻力为4400kN，平均末阻力为3487kN，为额定末阻力的80%。可见，工作面的末阻力能达到工作面额定末阻力的80%的要求。

图3 工作面整个测站支架初撑力频数分布图

2.2 II661工作面仰采段支架阻力统计观测

Ⅱ661工作面俯采结束后，紧接着就进入仰采阶段，进入仰采阶段，现场观测支架的载荷较大。从2010年10月25日至11月15日，技术人员每天跟班记录割煤周期内支架工作时前柱与后柱的初撑力和末阻力状态值。统计结果如下。

图4 工作面整个测站支架循环末阻力频数分布图

2.2.1 支架的初撑力统计

Ⅱ661工作面仰采段支架的统计分布直方图如图5所示。可以看出支架前、后柱初撑力34%～45%分布在1800kN～2400kN/架之间。

图5 仰采段工作面支架初撑力统计图

实测支架初撑力平均值为P0=2122kN/架，为额定初撑力的53.6%，最大初撑力为2678kN/架，为额定初撑力的67.65%，可见对设计初撑力利用率较低。与工作面实测时间加权平均工作阻力2780kN/架相比，应进一步加强初撑力管理，以更好得满足生产要求。

2.2.2 支架时间加权平均工作阻力统计

Ⅱ661工作面仰采段支架时间加权平均工作阻力区间统计图如图6。从图中可以看出，支架前后柱加权平均工作阻力的46%～58%分布在2600kN～3500 kN之间。

工作面实测时间加权平均工作阻力为2780kN/架，为额定工作阻力4400kN/架的63.18%，支架最大工作阻力3647kN/架，为额定工作阻力的82.88%。可以看出支架是在较富裕工作阻力下运行的，在该综采面的应用是有较大富裕的。

通过对初撑力及末阻力的统计分析可以看出，Ⅱ661工作面综采液压支架的初撑力和工作阻力都有足够的富裕量。即应用ZZ4400-17/35型支架进行开采，其运行状态良好，完全可以满足本工作面的要求。

3 主要结论

通过对工Ⅱ661工作面俯采段及仰采段的现场观测，刘桥一矿综采工作面大倾角俯仰采开采矿压显现规律具有以下特点:

1)工作面在俯采阶段:沿倾斜方向各测站的支架的平均支撑力的大小有差异，工作面中上部支架的平均支撑力最小，工作面中下部支架的平均支撑力最大。工作面具有较明显的周期来压特征且在倾向方向上来压具有明显的“时序性”，即工作面中部先来压，然后向下部、上部发展。在观测的期间内，共经历四次周期来压，周期来压步距为12.54m。

图6 仰采段工作面支架时间加权阻力统计图

2)通过对俯采段及仰采段支架阻力统计结果可知，支架的初撑力及末阻力都呈偏正态分布情况。俯采段，平均初撑力为额定初撑力的58.38%，工作面初撑力较小，平均末阻力为额定工作阻力的80%，支架在俯采段总体运行情况较好;仰采段，平均初撑力为2122kN/架，为额定初撑力的53.6%，时间加权平均工作阻力为额定末阻力的63.18%。可知，俯采段较仰采段，支架受力状态及运行状况较好。

3)本文得出的结论可为类似矿区煤层赋存条件的矿井开采支架选型、工作面顶板控制等开采问题提供一定的参考和借鉴。

［1］ 杜计平，孟宪锐.采矿学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2009

［2］ 吴志坚，叶海松.大倾角俯采工作面关键开采技术［J］. 煤矿开采，2008，13(03):32-34

［3］ 徐德珊.综采工作面大倾角俯采关键技术研究与应用［J］. 煤矿开采，2008，13(03):42-43

［4］ 李冬红.高架综采工作面大倾角俯采工艺研究［J］.河北能源职业技术学院学报，2007，(12):21-22

［5］ 许家林，钱鸣高.仰斜开采综采面支架与围岩作用关系的研究［J］.中国矿业大学学报，1995，24(02):38-41

［6］ 尚有仕.悬移支架放顶煤工作面大坡度仰采技术实践［J］.中州煤炭，2010，(07):76-77

［7］ 崔景昆，赵晋泽，张学峰.大倾角仰斜综采工艺在郭二庄矿的应用［J］.河北工程大学学报，2008，25(03):92-94

［8］ 牛孟海.大倾角仰采综放煤柱工作面初采实践［J］.中州煤炭，2010，(10):20-21

Study on the laws of the mine pressure appearance of the large tilt angle compound mining inⅡ661 Work Face of Liuqiao Coal mine

LI Xiaojun，WU Xun

(Liuqiao 1#mine of Wanbei Coal-Electricity Group Co.，Ltd.，Huaibei Anhui235000)

Based on parameters of the hydraulic support，such as setting load and working resistance which from the large tilt angle compound mining in II661 Work Face of Liuqiao Coal mine，the paper analyzed the laws of the mine pressure appearance of the downward mining period and the upward mining period.The conclusion of the study can offer a reference to the similar geologic mine of Liuqiao Coal mine around the area.

the large tilt angle;downward and upward mining;working resistances of supports;the laws of the mine pressure appearance

TD821

A

1672-7169(2012)01-0014-04

2011-12-10

李效军(1963-)，男，安徽太和县人，大学毕业，高级工程师，刘桥一矿副矿长，从事煤矿安全管理。