复杂弱结构顶板综采工作面矿压显现规律研究

于　鹏（肥城曹庄煤矿有限公司,山东　肥城　271608）

复杂弱结构顶板综采工作面矿压显现规律研究

于鹏
（肥城曹庄煤矿有限公司,山东肥城271608）

摘要：针对工作面地质状况，研究了矿压显现规律监测方法，得出矿压显现规律，较好地指导了生产。

关键词：弱结构顶板;综采工作面;矿压显现规律

1　工作面基本概况

我矿煤层埋藏深，区域内断裂结构分布较多，造成了煤层赋存很不稳定。煤层平均厚度2.98m，煤层结构较简单；直接顶为细砂岩，；煤层倾角平均19°，采用单一走向长壁后退式综合机械化采煤工艺，一次采全高，全部垮落法管理顶板，工作面布置56架ZZ6200/17/38型支撑掩护式支架。

2　现场矿压观测的内容

（1）工作面矿山压力分布规律，初次来压和周期来压步距观测及分析；

（2）工作面支架初撑力及工作阻力的观测及分析；

3　矿山压力分布规律

3.1支架压力

实测方案为：在工作面5号、35号、50号支架前后支柱分别安设一台YHY60矿用本安型压力监测仪，记录工作面推进过程中支架前后支柱的压力变化情况，通过综采数据处理分析系统自动绘制支架压力参数变化曲线，测站布置如图1。

图1　矿压观测测站布置示意图

3.2工作面支架工作阻力实测

实测工作面支架初撑力平均值为2774.5kN/架，大于平均值的占53%，初撑力平均值与额定初撑力（5232kN/架）的比值为53.03%；实测最大初撑力为5075kN/架，为额定初撑力的97%。

实测支架工作阻力平均值为3604kN/架，其中大于2774.5kN/架的占75.26%，实测平均工作阻力最大值（5366.5kN/架）与额定工作阻力（5818kN/架）比值为92.24%。实测最大工作阻力为5632.2kN/架，为额定工作阻力的96.81%。由此判断所选ZZ6200/17/38型支撑掩护式支架在3505工作面条件下，能够很好地支撑顶板，工作阻力有较大的富裕系数。

3.3工作面支架工作阻力随推进度变化规律

现场实测数据统计结果表明：支架前立柱的压力一般在25～35MΡа，后立柱的压力一般在20～25MΡа，支架的前立柱阻力普遍大于后立柱阻力，支架前后立柱受力不均衡，前立柱阻力为后立柱的1.25～1.75倍。

3.4工作面支架工作阻力沿工作面方向分布规律

根据对5号、35号、50号支架三条测线上支架受力情况的实测，得出工作面沿倾斜方向应力分布规律为：工作面两端支架荷载小于中部支架荷载，上端支架荷载小于下端支架荷载。工作面来压期间煤壁片帮主要集中在30-50号支架，表明工作面中部荷载较大，矿压显现比较明显；下端压力大于上端压力是由于工作面煤体较软、顶板较破碎、随采随垮造成的。工作面中部顶板受力最大，率先发生垮落，所以工作面中部支架维护是日常管理的重点。

3.5工作面矿山压力分布规律

由观测看出，工作面5号、35号、50号支架三条测线初次来压步距分别为35.5m、31.1m、32.4m，平均为33.0m；周期来压步距分别为5.8m、4.5m、4.8m，平均为5.0m。

根据观测数据可知，顶板来压时动压系数均在1.35以下。总体认为，3505工作面周期来压步距较小，矿压显现不剧烈。分析认为，顶板来压不明显的原因有3个：一是支架的额定初撑力较高，支护质量保持了较高水平；二是回采过程中，采空区及时被垮落的矸石填实，没有形成大面积的悬顶，上覆岩层规则垮落带中形成的砌体梁平衡结构，距离采场较远；三是工作面煤体硬度系数较低，煤体受到压力之后松软变形，顶板压力集中点向前方煤体转移。

4　工作面超前支承压力分布规律

4.1应力监测系统工作原理

工作面超前支承压力分布特征应用应力监测系统测量，系统由应力传感器和数据采集器组成，传感器由液压枕、不锈钢油管及显示器等组成。经过变送器电路转换成数字信号输出，传感器内置变送器和数据接口，可实现信号传输。

4.2工作面超前支承压力实测

测站布置在3505切眼前方150m轨道顺槽煤体内，共设5个观测孔。

由观测数据看出:受工作面采动影响，工作面前方15～20m范围为超前微弱影响阶段，15m范围内为超前强烈影响阶段；应力集中系数均值为1.9。根据对工作面两顺槽超前影响范围的分析，并考虑1.5的安全系数，工作面前方30m顺槽范围内应进行超前支护。

5　结语

（1）综采面支架受力状况普遍较好，但前支柱载荷多大于后支柱载荷，为保证前后支柱受力的均衡性，应加快工作面推进速度。

（2）来压期间，煤壁有轻度片帮，工作面中下部尤为明显，应采取一些针对性措施，加强这些部位的顶板管理。

（3）来压期间，支架动压系数均在1.35以下，矿压显现不剧烈。ZZ6200/17/38型支撑掩护式支架工作阻力在3505综采面有较大的富裕系数，满足工作面支护要求。

作者简介：于鹏（1977-），男，毕业于山东科技大学采矿专业，现就职于肥城曹庄煤矿有限公司从事专业技术工作。