炮采放顶煤工作面矿压观测与研究

卢凯　李金锋

摘 要：文章分析和探讨了葛店煤矿的炮采放顶煤工作面矿压情况，了解矿压强度、应力集中系数、巷道的变形及显现程度等特点，并掌握影响工作面回采程度的因素，变化范围以及峰值。通过优化目前的支护参数及效果，在改善参数条件及效果以后，为制定后续工作面等方面打下夯实的基础。

关键词：炮采工作面；支撑压力；支护设计

1 描述工作面情况

22031是一个长度为100m，440m倾向长，煤层为6.5-1.6m厚度，平均厚度为4.2m的工作面。煤层倾角的平均值为15°。该矿的直接顶主要由细粒砂岩和中粒砂岩构成，伴有小部分的泥岩，整个层面碳质和云母岩丰富。老顶主要是中粒砂岩。顶板为稳定型，有很好的地质条件。由泥岩和碳质泥岩所构成的直接地板，呈灰黑色，可见到斑点状的云母和黄铁。底板的岩性松软，地质条件较差。

2 观测矿压的方案

设置三个位于工作面斜方向上的观测站。在采煤工作面的正上方设置第一个测站，这个测站应和回风顺槽保持15米的距离；在采煤工作面的中部设立第二个测站；在采煤工作面的下部设置第三个测站，与回风顺槽保持15米的距离。放置3条测线于每个观测站，用于实际测量支柱载荷量和顶底板的移动距离。利用进风顺槽和回风顺槽测量巷道表面移动距离。以工作面为中心向外平均5米设置一个压力测量点。每个巷道应该包括8个测量点。

3 矿压显现特征分析

3.1 对观测数据的分析

顶板来压包括基本顶周期来压、初次来压、直接板初次垮落几个内容，来压需要采取以下的方式进行确定：

第一，选择同一条件观测值，将工作面推进距离作为横坐标，将观测值作为纵坐标，以此为基础绘制出两者之间的曲线关系，进行观察，看是否存在规律性峰值，若存在规律性峰值，则可以初步判定有基本顶周期来压或者初次来压的情况。

第二，如果出现上述的情况，则需要根据矿压观测值计算出其方差与平均值，根据数值的变化情况确定出来压的步距以及基本顶来压峰值。

第三，最后一步则是判断来压的实际强度，这需要使用动压系数来判断相关的数值与指标，计算出基本顶周期来压工作阻力和非周期来压工作阻力的比值。

本组工作面观测结果显示，矿压异常数据情况详见表1。

3.2 矿压显现特征分析

根据工作面的实际情况，以距煤矿3.4m与1.25m顶底板移近量作为纵坐标，将推进距离作为横坐标，以此为基础制作测站曲线，结果显示，工作面中，上部测站、中部测站与下部测站初次来压出现也较大的波动，其布距为9.2-31.4m，平均初次来压步距为20.7m，下部测站较大，为31.4m，中部测站居中，为20.8m，上部测站较小，为10.2m，采场周期的来压步距为6-11m，平均来压步距为8.8m。

导致以上情况出现的根本原因是由于上部测站、中部测站与下部测站的煤层厚度不均匀，在煤层较厚的位置，来压步距较小，煤层较薄的位置，来压步距较大，三个测站平均支柱载荷为6.7MPa，初次来压动载系数是1.6，来压平均值是11.3MPa，在不同的工作面位置，来压动载并无显著的差异，但是上部测站、中部测站与下部测站动载系数有着较大的波动，老顶周期来压支柱载荷的平均测量值是5.4MPa，平均动载系数是1.64，动载系数波动情况严重。

测量结果显示，工作面支柱平均荷载数值是47.28kN，最大载荷是172.6kN，工作阻力与初撑力大致相同，但是，本工作面支柱上方为媒体，质地较软，在压力的影响下会出现压裂松软的情况，支撑力传递情况不理想，支柱载荷较小。

3.3 超前压力规律分析

超前压力规律表现出如下的特征：

第一，在回采工作面前方的0-2m内，属于支承压力降压位置，这是由于煤壁受压导致，在这一范围中，煤壁出现了塑料性变形的情况，支护十分的困难。

第二，在回采工作面前方2-8m位置，属于支承压力升高位置，在这一范围中，支承压力较大，巷道顶底板移动速度也较快。

第三，在回采工作面前方8-10m位置，属于支承压力峰位置，在这一范围中，支承压力迅速的升高，在最高时会达到正常标准的2.2倍，与此同时，双侧巷道顶底板移近速度也越来越快。

第四，在回采工作面前方的10-47m位置，属于支承压力下降位置，在这一范围中，支承压力在急剧下降之后变为缓慢下降，其移近速度也呈现出一种趋势性的变化，在处理数据时，结果显示支承压力呈现出波浪状的变化趋势，其根本原因是由于上覆岩层锻炼所导致。

4 结束语

通过优化工作面目前的支护参数及效果，在改善参数条件及效果以后，能够为制定后续工作面等方面打下夯实的基础。

参考文献

[1]吕超杰，梁文立，鲁晓杰，陈学海，王志浩.悬移液压支架在“三软”煤层工作面的应用[J].科技信息，2009（29）.

[2]于海军，梁冰，李刚.“三软”厚煤层综放工作面矿压规律及支架适应性分析[J].湘潭师范学院学报（自然科学版），2008（03）.

[3]索永录.Characteristics of ground behavior of fully mechanized caving faces in hard thick seams[J]. Journal of Coal Science & Engineering（China），2003（02）.

[4]Song Xuanming，Qian Minggao ctc.Study on increasing coal-drawing rate by fissure''s coupling technique in fully mechanized and sublevel caving. Proceeding of the international mining tech.97 symposium，1997.endprint

摘 要：文章分析和探讨了葛店煤矿的炮采放顶煤工作面矿压情况，了解矿压强度、应力集中系数、巷道的变形及显现程度等特点，并掌握影响工作面回采程度的因素，变化范围以及峰值。通过优化目前的支护参数及效果，在改善参数条件及效果以后，为制定后续工作面等方面打下夯实的基础。

关键词：炮采工作面；支撑压力；支护设计

1 描述工作面情况

22031是一个长度为100m，440m倾向长，煤层为6.5-1.6m厚度，平均厚度为4.2m的工作面。煤层倾角的平均值为15°。该矿的直接顶主要由细粒砂岩和中粒砂岩构成，伴有小部分的泥岩，整个层面碳质和云母岩丰富。老顶主要是中粒砂岩。顶板为稳定型，有很好的地质条件。由泥岩和碳质泥岩所构成的直接地板，呈灰黑色，可见到斑点状的云母和黄铁。底板的岩性松软，地质条件较差。

2 观测矿压的方案

设置三个位于工作面斜方向上的观测站。在采煤工作面的正上方设置第一个测站，这个测站应和回风顺槽保持15米的距离；在采煤工作面的中部设立第二个测站；在采煤工作面的下部设置第三个测站，与回风顺槽保持15米的距离。放置3条测线于每个观测站，用于实际测量支柱载荷量和顶底板的移动距离。利用进风顺槽和回风顺槽测量巷道表面移动距离。以工作面为中心向外平均5米设置一个压力测量点。每个巷道应该包括8个测量点。

3 矿压显现特征分析

3.1 对观测数据的分析

顶板来压包括基本顶周期来压、初次来压、直接板初次垮落几个内容，来压需要采取以下的方式进行确定：

第一，选择同一条件观测值，将工作面推进距离作为横坐标，将观测值作为纵坐标，以此为基础绘制出两者之间的曲线关系，进行观察，看是否存在规律性峰值，若存在规律性峰值，则可以初步判定有基本顶周期来压或者初次来压的情况。

第二，如果出现上述的情况，则需要根据矿压观测值计算出其方差与平均值，根据数值的变化情况确定出来压的步距以及基本顶来压峰值。

第三，最后一步则是判断来压的实际强度，这需要使用动压系数来判断相关的数值与指标，计算出基本顶周期来压工作阻力和非周期来压工作阻力的比值。

本组工作面观测结果显示，矿压异常数据情况详见表1。

3.2 矿压显现特征分析

根据工作面的实际情况，以距煤矿3.4m与1.25m顶底板移近量作为纵坐标，将推进距离作为横坐标，以此为基础制作测站曲线，结果显示，工作面中，上部测站、中部测站与下部测站初次来压出现也较大的波动，其布距为9.2-31.4m，平均初次来压步距为20.7m，下部测站较大，为31.4m，中部测站居中，为20.8m，上部测站较小，为10.2m，采场周期的来压步距为6-11m，平均来压步距为8.8m。

导致以上情况出现的根本原因是由于上部测站、中部测站与下部测站的煤层厚度不均匀，在煤层较厚的位置，来压步距较小，煤层较薄的位置，来压步距较大，三个测站平均支柱载荷为6.7MPa，初次来压动载系数是1.6，来压平均值是11.3MPa，在不同的工作面位置，来压动载并无显著的差异，但是上部测站、中部测站与下部测站动载系数有着较大的波动，老顶周期来压支柱载荷的平均测量值是5.4MPa，平均动载系数是1.64，动载系数波动情况严重。

测量结果显示，工作面支柱平均荷载数值是47.28kN，最大载荷是172.6kN，工作阻力与初撑力大致相同，但是，本工作面支柱上方为媒体，质地较软，在压力的影响下会出现压裂松软的情况，支撑力传递情况不理想，支柱载荷较小。

3.3 超前压力规律分析

超前压力规律表现出如下的特征：

第一，在回采工作面前方的0-2m内，属于支承压力降压位置，这是由于煤壁受压导致，在这一范围中，煤壁出现了塑料性变形的情况，支护十分的困难。

第二，在回采工作面前方2-8m位置，属于支承压力升高位置，在这一范围中，支承压力较大，巷道顶底板移动速度也较快。

第三，在回采工作面前方8-10m位置，属于支承压力峰位置，在这一范围中，支承压力迅速的升高，在最高时会达到正常标准的2.2倍，与此同时，双侧巷道顶底板移近速度也越来越快。

第四，在回采工作面前方的10-47m位置，属于支承压力下降位置，在这一范围中，支承压力在急剧下降之后变为缓慢下降，其移近速度也呈现出一种趋势性的变化，在处理数据时，结果显示支承压力呈现出波浪状的变化趋势，其根本原因是由于上覆岩层锻炼所导致。

4 结束语

通过优化工作面目前的支护参数及效果，在改善参数条件及效果以后，能够为制定后续工作面等方面打下夯实的基础。

参考文献

[1]吕超杰，梁文立，鲁晓杰，陈学海，王志浩.悬移液压支架在“三软”煤层工作面的应用[J].科技信息，2009（29）.

[2]于海军，梁冰，李刚.“三软”厚煤层综放工作面矿压规律及支架适应性分析[J].湘潭师范学院学报（自然科学版），2008（03）.

[3]索永录.Characteristics of ground behavior of fully mechanized caving faces in hard thick seams[J]. Journal of Coal Science & Engineering（China），2003（02）.

[4]Song Xuanming，Qian Minggao ctc.Study on increasing coal-drawing rate by fissure''s coupling technique in fully mechanized and sublevel caving. Proceeding of the international mining tech.97 symposium，1997.endprint

摘 要：文章分析和探讨了葛店煤矿的炮采放顶煤工作面矿压情况，了解矿压强度、应力集中系数、巷道的变形及显现程度等特点，并掌握影响工作面回采程度的因素，变化范围以及峰值。通过优化目前的支护参数及效果，在改善参数条件及效果以后，为制定后续工作面等方面打下夯实的基础。

关键词：炮采工作面；支撑压力；支护设计

1 描述工作面情况

22031是一个长度为100m，440m倾向长，煤层为6.5-1.6m厚度，平均厚度为4.2m的工作面。煤层倾角的平均值为15°。该矿的直接顶主要由细粒砂岩和中粒砂岩构成，伴有小部分的泥岩，整个层面碳质和云母岩丰富。老顶主要是中粒砂岩。顶板为稳定型，有很好的地质条件。由泥岩和碳质泥岩所构成的直接地板，呈灰黑色，可见到斑点状的云母和黄铁。底板的岩性松软，地质条件较差。

2 观测矿压的方案

设置三个位于工作面斜方向上的观测站。在采煤工作面的正上方设置第一个测站，这个测站应和回风顺槽保持15米的距离；在采煤工作面的中部设立第二个测站；在采煤工作面的下部设置第三个测站，与回风顺槽保持15米的距离。放置3条测线于每个观测站，用于实际测量支柱载荷量和顶底板的移动距离。利用进风顺槽和回风顺槽测量巷道表面移动距离。以工作面为中心向外平均5米设置一个压力测量点。每个巷道应该包括8个测量点。

3 矿压显现特征分析

3.1 对观测数据的分析

顶板来压包括基本顶周期来压、初次来压、直接板初次垮落几个内容，来压需要采取以下的方式进行确定：

第一，选择同一条件观测值，将工作面推进距离作为横坐标，将观测值作为纵坐标，以此为基础绘制出两者之间的曲线关系，进行观察，看是否存在规律性峰值，若存在规律性峰值，则可以初步判定有基本顶周期来压或者初次来压的情况。

第二，如果出现上述的情况，则需要根据矿压观测值计算出其方差与平均值，根据数值的变化情况确定出来压的步距以及基本顶来压峰值。

第三，最后一步则是判断来压的实际强度，这需要使用动压系数来判断相关的数值与指标，计算出基本顶周期来压工作阻力和非周期来压工作阻力的比值。

本组工作面观测结果显示，矿压异常数据情况详见表1。

3.2 矿压显现特征分析

根据工作面的实际情况，以距煤矿3.4m与1.25m顶底板移近量作为纵坐标，将推进距离作为横坐标，以此为基础制作测站曲线，结果显示，工作面中，上部测站、中部测站与下部测站初次来压出现也较大的波动，其布距为9.2-31.4m，平均初次来压步距为20.7m，下部测站较大，为31.4m，中部测站居中，为20.8m，上部测站较小，为10.2m，采场周期的来压步距为6-11m，平均来压步距为8.8m。

导致以上情况出现的根本原因是由于上部测站、中部测站与下部测站的煤层厚度不均匀，在煤层较厚的位置，来压步距较小，煤层较薄的位置，来压步距较大，三个测站平均支柱载荷为6.7MPa，初次来压动载系数是1.6，来压平均值是11.3MPa，在不同的工作面位置，来压动载并无显著的差异，但是上部测站、中部测站与下部测站动载系数有着较大的波动，老顶周期来压支柱载荷的平均测量值是5.4MPa，平均动载系数是1.64，动载系数波动情况严重。

测量结果显示，工作面支柱平均荷载数值是47.28kN，最大载荷是172.6kN，工作阻力与初撑力大致相同，但是，本工作面支柱上方为媒体，质地较软，在压力的影响下会出现压裂松软的情况，支撑力传递情况不理想，支柱载荷较小。

3.3 超前压力规律分析

超前压力规律表现出如下的特征：

第一，在回采工作面前方的0-2m内，属于支承压力降压位置，这是由于煤壁受压导致，在这一范围中，煤壁出现了塑料性变形的情况，支护十分的困难。

第二，在回采工作面前方2-8m位置，属于支承压力升高位置，在这一范围中，支承压力较大，巷道顶底板移动速度也较快。

第三，在回采工作面前方8-10m位置，属于支承压力峰位置，在这一范围中，支承压力迅速的升高，在最高时会达到正常标准的2.2倍，与此同时，双侧巷道顶底板移近速度也越来越快。

第四，在回采工作面前方的10-47m位置，属于支承压力下降位置，在这一范围中，支承压力在急剧下降之后变为缓慢下降，其移近速度也呈现出一种趋势性的变化，在处理数据时，结果显示支承压力呈现出波浪状的变化趋势，其根本原因是由于上覆岩层锻炼所导致。

4 结束语

通过优化工作面目前的支护参数及效果，在改善参数条件及效果以后，能够为制定后续工作面等方面打下夯实的基础。

参考文献

[1]吕超杰，梁文立，鲁晓杰，陈学海，王志浩.悬移液压支架在“三软”煤层工作面的应用[J].科技信息，2009（29）.

[2]于海军，梁冰，李刚.“三软”厚煤层综放工作面矿压规律及支架适应性分析[J].湘潭师范学院学报（自然科学版），2008（03）.

[3]索永录.Characteristics of ground behavior of fully mechanized caving faces in hard thick seams[J]. Journal of Coal Science & Engineering（China），2003（02）.

[4]Song Xuanming，Qian Minggao ctc.Study on increasing coal-drawing rate by fissure''s coupling technique in fully mechanized and sublevel caving. Proceeding of the international mining tech.97 symposium，1997.endprint