综采工作面矿压影响与支架选型

史文臣

双鸭山矿业集团纪委督查室 黑龙江双鸭山 155100

综采工作面矿压影响与支架选型

史文臣

双鸭山矿业集团纪委督查室 黑龙江双鸭山 155100

通过对七星煤矿东四采区十二层左一片综采工作面矿压观测资料分析，并参照国内外已有的研究成果，从采面来压显现入手，来分析采面老顶来压分布及上覆岩层在开采过程中的活动规律，查明影响采面老顶来压强弱的因素，为液压支架合理选型提供科学依据。

老顶；液压支架；周期来压

一、矿井及工作面概况

七星煤矿是双鸭山矿业集团的主力煤矿之一，矿井年生产能力为160万吨/年，我矿12#煤层为主力回采煤层，本工作面为首采工作面。淤2008年1月24日～2008年3月10日进行了矿压观测，经历了三个周期来压具体数据如下：

一）工作面位置及概括：

1、邻里关系：该工作面上部为十二层零片未开采，右部与双阳边界相邻，左部与东三区相邻，下部为十二层二片为开采。

2、工作面范围：该工作面上部为十二层左一片设备道下部为十二层左一片皮带道，里部至开切眼，外部至回风道保护媒柱线。

3、工作面与相邻煤层及地表关系：该工作面对应顶板上部有1、4、6、8层煤，层间距分别为223米、153.6米、104.79米、68.11米，一层煤已开采，四层煤未开采，六层煤部分开采，八层煤已开采。对应地表左部为旱地和八连村庄保护煤柱线，标高在＋130～120米之间。七星河1957年8月23日，最高洪水位标高为105米，最高洪水位线在工作面内。地表距工作面垂深370～550米之间。

二）顶、底板岩性：

1、顶板：根据实际揭露伪顶厚度和岩性不稳定，从外向里伪顶趋于变厚，从0.2～0.9米，岩性为碳页、粉沙、凝灰岩以及煤线组成，黑灰色较破碎。老顶为10.35米厚的互层沙岩，灰色具有水平层理，上部含沙质较高，下部裂隙发育。

2、底板：直接低为2.4米厚的互层砂岩，灰色具有水平层理，比较完整，老底由灰白色细砂组成。

二、观测目的及方法

一）目的：掌握东四区十二层煤矿压显现一般规律；ZZ-4200/14/30型液压支架对十二层煤的适应情况，并对它的工作阻力等参数进行鉴定。

二）方法：元月23日各种调试工作完成后，在工作面安设13台综采耐震式压力表和在30#、100#支架上安设两台KBJ-2004型矿用多功能在线监测系统和上下巷超前支护内设顶、底板动态仪及测工随身携带单体阻力检测仪，我们矿压组分三班跟班观测。动态检测工作面上、下巷超前内单体压力变化值，每三小时采集一次， KBJ-2004型矿用多功能在线监测系统中的U盘数据，每星期采集一次。

初次放顶步距：

1、工作面推进4个循环（循环进度0.8米）3.2米时直接顶开始局部跨落，推进6个循环4.8米时，直接顶全部跨落。

2、上巷推进48.2米，下巷推进18.1米时，平均推进33.15米，工作面老顶全部跨落，初次放顶结束且空区充填良好。

这时候，我让孩子们说说自己的感受。丁昱心说：“我心里感觉轻松了不少。”董阳说：“我以为我的气球会爆掉，结果比想象中的还小。”

周期来压：上巷推进83.5米，下巷推进70米时，平均推进76.5米，工作面再次周期来压，历时3天，工作面支架工作阻力最大值42Mpa.上巷推进106.5米，下巷推进80.5米时，平均推进93.5米，工作面第三次周期来压，历时3天，工作面支架工作阻力最大值50.76Mpa.

三、似刚性直接顶支架工作阻力的确定

根据所提供的地质资料，以现在东四区12#区域煤层综合柱状图（图1）为基准，确定七星矿3522队工作面单位面积顶板载荷如下。工作面煤层厚度平均为M=2.4m，岩石容重取为 =2.5t/m3。

一）按照国外计算方法，其计算结果参见表7-5

表7-5 七星矿12#层顶板单位面积载荷计算值（按国外计算方法）

二）利用“两带”高度确定

这里以工作面来压明显为标准，根据表1待定常数表取a=3.1，b=5.0，c=4.0，则：

若取平均值，则P2= 2 4.1 2 5 t / m2

式中：L2为老顶周期来压步距；LM为控顶距。

4）乔福祥公式计算

5）动载系数法计算

利用动载系数法计算公式，取动载系数为1.8，岩石碎胀系数为1.30，煤层倾角取22º，则H1计算为：

根据以上计算，单位面积顶板载荷应确定为：

6）架型满足要求情况分析

根据以上计算结果来看：

由此可知，此种类型支架均能满足要求，但富裕系数较小。

四、似刚性直接顶支架初撑力工作阻力的确定

（1）太原理工大学靳钟铭教授在全国综采面支架工作阻力实测统计分析的基础上，提出了综采支架合理工作阻力及初撑力确定回归公式，即：

式中：K-富裕系数，取 k=1～1.5。当采高<1.5m时，k=1。当采高>3.5m时，K=1.5；

Kc-悬顶系数，取Kc=1～1.5（岩层破断角90°时Kc=1.0，45°时Kc=1.5）

据此可计算得到东四区十二层左一片工作面临界初撑力为：

（2）临界阻力计算法：根据直接顶刚性体稳定性分析可知，使支架与围岩相互作用达到相对稳定时必须的最低阻力，此时的工作阻力计算公式为：

据此可计算得到本工作面临界初撑力为：

考虑到来压期间动压对支架的动载作用，合理初撑力应为临界初撑力的2倍（实测工作面的动载系数为1.8），本工作面合理初撑力经计算为：Pa=2P0=2842KN，即工作面顶板合理初撑力要达到2842KN（22.6 Mpa）才能保证顶板的稳定性。

本工作面所用ZZ-4200型液压支架均为四柱支撑掩式支架，此种液压支架额定初撑力分别为3518KN（28Mpa），计算合理初撑力数值为此种液压支架额定初撑力的80%为22.6Mpa而实测支架平均初撑力为15.32MPa，所以应该提高初撑力。

五、总结

ZZ-4200型液压支架循环末阻力最小为-0.036Mpa，最大为36.64MPa，平均工作阻力为25.05MPa，为额定工作阻力的75%；支架初撑力大部分分布在10～22MPa之间，支架是在较富裕工作阻力下运行的，工作阻力可以满足工作面实际开采的要求。但在周期来压时的最大工作阻力50.67MPa大于支架的额定工作阻力51.7%。总体来看，当前支架满足工作面实际开采的要求。

史文臣 1966出生 黑龙江省龙煤双鸭山分公司安全生产督查室，采矿工程师。