夏店煤矿综放工作面矿压显现规律

岳小建

(山西晋神沙坪煤业有限公司)

夏店煤矿综放工作面矿压显现规律

岳小建

(山西晋神沙坪煤业有限公司)

根据实测夏店煤矿8120综放试验工作面支架初撑力、循环末阻力、时间加权平均工作阻力及其分布频率等参数，探讨了综放面矿压显现规律。结果表明：工作面平均周期来压步距为21.6 m，平均动载系数为1.67，且综放工作面顶煤的放出导致了控顶距上方顶煤的破碎、移动，使得支架初撑力、时间加权平均工作阻力等参数值偏低。

综放工作面 周期来压 初撑力 矿压显现规律

综放工作面支架工作阻力的变化是由顶板岩层变形移动引起的[1-5]。为了研究山西某煤矿综放面矿压显现规律，2014年5月—8月，在夏店煤矿8120综放工作面进行了矿压观测，重点测定支架工作阻力、煤壁片帮、端面冒顶等参数，研究支架运转特性、支架与围岩作用的关系，分析整个工作面顶板压力分布情况，掌握采面顶板活动规律。

1 矿井概况

夏店煤矿井田内9#、10#、11#煤层为全区稳定可采煤层，且均为自燃煤层。9#煤层位于太原组下段，煤层厚1.19～1.65 m，平均厚1.49 m，不含夹矸，属结构简单的全井田稳定可采煤层。10#煤层位于太原组底部，煤层厚1.07～2.40 m，平均厚1.76 m，煤层偶含一层夹矸，属结构简单的稳定煤层，全区可采。11#煤层位于太原组最底部，煤层厚1.65～4.71 m，平均厚3.99 m，该煤层结构复杂，含夹矸2～4层。井田构造总体为一宽缓背斜，背斜轴呈NE走向，两翼倾角相近，倾角4°～5°，北翼地层倾角较南翼地层更为平缓，井田构造属简单类型，属低瓦斯矿井。矿井水文地质条件类型为中等型。

2 综放工作面现场矿压观测

2.1 观测站布置及观测方法

夏店煤矿8120综放面为走向长壁工作面，采面内共安装122架液压支架，其中2架过渡支架和6架排头支架(上下端各3架)。支架由下至上编号依次为1#，2#，3#，...，122#。在该工作面上部布置4条观测线，分别位于114#，104#，94#、84#支架上；在该工作面中部布置4条观测线，分别位于44#，54#，64#，74#支架上；在该工作面下部布置4条观测线，位于4#，14#，24#，34#支架上。利用KJ216煤矿顶板动态(压力)监测系统，对液压支架工作阻力进行在线监测。

2.2 观测结果分析

2.2.1 综放面矿压显现特征

图1为8120工作面中部54#支架来压统计曲线。由图1可知，2种来压判据在初次来压和前3次周期来压时判断结果一致，但在工作面推进至70～100 m时，采用时间加权平均工作阻力判据结果显示没有发生周期来压现象，仅仅是在75，85，95 m处曲线有3次明显的波动，但未达到来压判据的临界值；采用初增阻速度作为来压判据时结果显示，在推进至87，100 m处时分别发生了第4次和第5次周期来压。

图1 54#支架来压统计曲线

图2为8120工作面在推进70～120 m期间54#支架初撑力与最大工作阻力统计曲线。由图2可知，在工作面推进至90，100 m附近时，支架最大工作阻力分别达到了3 400.54，4 379.12 kN，已远超过时间加权平均工作阻力来压判据临界值2 693.61 kN，可以认为此时工作面产生了周期来压现象。但此时的时间加权平均工作阻力分别为2 085.27， 1 852.03 kN，均低于来压临界值，造成了工作面未产生周期来压的误判。在工作面推进至90，100 m附近时，虽然支架初撑力较低，但移架之后支架初增阻速度较大，说明此时工作面顶板活动较为剧烈，工作面产生了周期来压。

图2 54#支架初撑力与最大工作阻力统计曲线

2.2.2 综放试验面来压规律

8120综放工作面共设置有12条矿压观测线，在工作面上部、中部、下部分别选择84#，54#，14#支架曲线进行分析。工作面上部84#支架和工作面下部14#支架的来压统计曲线见图3。

图3 84#、14#支架来压统计曲线

由图3可知，随着工作面的推进，上部支架初次来压步距较小，平均为23 m，并且初次来压步距与周期来压步距相差不大，来压影响范围为2.0～6.5 m。由此表明，工作面上部顶板岩层由于受到2118工作面采空区的影响，老顶悬顶距离较小且容易垮落，其初次垮落以及周期垮落步距相差较小，平均为20～25 m。工作面上部顶板岩层垮落后，工作面中部滞后5～8 m随之产生来压现象，平均初次来压步距为30 m，来压影响范围约5 m，平均为18 m。8120工作面下方为未开采的实体煤，顶板岩层相当于三边固支梁受力模型，同时由于工作面下巷采用锚杆支护，回采过程中没有及时拆除，也会增大靠近下巷位置的顶板悬顶距离。工作面下部支架初次来压步距为30～38 m，大于工作面上部的初次来压步距。

2.2.3 支架工作阻力与初撑力之间关系

由于煤层赋存条件、顶板稳定程度以及开采工艺的不同，支架初撑力对顶板稳定性的影响程度也不一致。当煤层厚度发生变化时，支架与围岩相互作用关系的不同，使得支架初撑力对顶板的控制作用以及由此引起的工作阻力的变化各有特点。综放面不同位置支架工作阻力与初撑力的关系见图4。

图4 支架初撑力与循环末阻力的关系

由图4可知，支架循环末阻力与支架初撑力整体上呈线性正相关关系，但在不同区域内随着支架初撑力的增加，支架工作阻力增长的速率也各不一致。

3 结 论

(1)8120综放试验工作面上部、中部和下部平均初次来压步距依次为20.25，29.5，30.75 m，平均周期来压步距依次为17.5，20.19，19.56 m，工作面平均周期来压步距为 21.6 m。

(2)综放工作面由于顶煤的放出导致控顶距上方顶煤破碎、移动，支架初撑力、时间加权平均工作阻力偏低。观测期间支架最大初撑力为3269.14kN，为额定初撑力的63.4%；支架循环末阻力平均值为2710.34kN，仅为支架额定工作阻力(7000kN)的38.72%；在顶板周期来压期间，采面不同区域内支架最大循环末阻力达到支架额定工作阻力的79.4%～81.7%。

[1] 刘 飞，马 华，丁言露.矿山压力及岩层控制原理[J].煤矿现代化，2011(1)：98-100.

[2] 倪兴华，苗素军，杨永杰.综放工作面端头顺槽超前液压支架支护技术[M].北京：煤炭工业出版社，2008.

[3] 高 峰，钱鸣高，缪协兴.采场支架工作阻力与顶板下沉量类双曲线关系的探讨[J].岩石力学与工程学报，1999，18(6)：658-662.

[4] 曹胜根，钱鸣高，刘长友，等.采场支架-围岩关系新研究[J].煤炭学报，1998，23(6)：575-579.

[5] 张可斌，刘成录，王洪忠，等.煤矿采场矿山压力导论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

2015-01-26)

岳小建(1987—)，男，助理工程师，036500 山西省忻州市河曲县晋神沙坪。