综采工作面老顶周期来压比初次来压时顶板压力显现强烈的原因分析

赵廷龙

(山西煤炭进出口公司，山西 大同　037100)

综采工作面老顶周期来压比初次来压时顶板压力显现强烈的原因分析

赵廷龙

(山西煤炭进出口公司，山西 大同037100)

摘要：相邻矿井在开采同一煤层时，易发生工作面液压支架压坐垫(压死架)、局部冒顶的事故。通过研究顶板运动规律，对老顶来压进行观测、记录、分析，进而掌握老顶来压的规律，对其采取一定措施，可以有效减少事故的发生。

关键词：直接顶；老顶；周期来压

相邻矿井在开采同一煤层时，易发生工作面液压支架压坐垫(压死架)、局部冒顶的事故。加强对顶板的观测，掌握其运动规律，有针对性地采取措施，是提升综采安全，防范事故发生的有效手段。

1调研综采工作面相关的基本参数

煤层回采平均厚度12米，直接顶厚度18.24米，其中较软的下位直接顶厚度 6.19m，上位直接顶厚度 12.05m，工作面长度200米，采煤机截深0.8米。工作面顶板运动的最大特点为单一厚上位直接顶存在周期性运动。上位直接顶不能随采随垮，其超长的运动步距(11.6m)不能与已垮落的直接顶形成传递岩梁结构，只能以悬顶的方式周期性垮落。

2实测顶板初次运动规律

根据综采队记录，从切眼开始，工作面推进 15m 左右时，顶煤垮落，此时工作面开始放煤，并见矸石，认为此时直接顶也有部分垮落，此为记录的第一次直接顶垮落；当工作面推至 40m 处，工作面中上部(70#～100#支架)顶板压力变大，煤壁片帮，直接顶初次垮落，此为记录的第二次直接顶垮落。当工作面推至 161m 处，工作面顶板大面积来压并显现强烈，此为记录的老顶初次垮落，当工作面推至 172.6m 处，工作面中上部(50#～100#支架)顶板压力再次变大，当工作面推至 182m 处，顶板压力比172.6m 处还大，矿压显现比较强烈，此为记录的第一次老顶周期垮落。

3实测顶板周期运动规律

当工作面推至 204.5m 处，工作面顶板又大面积来压并显现非常强烈，其顶板压力比工作面推至 161m 处老顶初次来压时还大，当工作面推至 225m 处，老顶又一次来压，其压力与182m 处相仿，由此可见本工作面顶板周期来压时大时小，其原因用下列老顶周期来压阶段顶板结构模型来解释。

4老顶周期来压阶段顶板结构模型

老顶周期来压阶段分为以下两种情况：(1)上位直接顶悬顶周期性垮落与老顶周期垮落重合，如图1所示；(2)上位直接顶悬顶周期性垮落超前于老顶周期垮落，即老顶周期垮落时，上位直接顶悬顶已经垮落，如图2所示。

第(1)种情况：

图1　上位直接顶周期性悬顶垮落与老顶周期垮落重合时顶板结构模型

对老顶按照支架限定变形的支架工作状态进行计算，此时顶板压力为：

计算得到：PT41=2.17MPa；

第(2)种情况：

图2　上位直接顶周期性悬顶垮落与老顶周期垮落未重合时顶板结构模型

此时顶板压力为：

式中：A取上位直接顶垮落时，即上位直接顶无悬顶时的工作面顶煤和直接顶岩重，

计算得到A=0.56MPa。

老顶周期来压步距，21.0m。

计算得到：老顶周期来压时顶板压力PT3=1.47MPa。

老顶周期来压阶段顶板来压强度有明显的阶段变化。当工作面老顶周期来压与上位直接顶悬顶周期性跨落未重合时，支架承担的主要是老顶产生的动载荷和支架控顶范围的直接顶静载荷，合计 1.47MPa(实时在线检测数据)，与支架能达到的最大支护能力 1.47MPa 相当，但大于支架额定工作阻力 1.24MPa，此时工作面宏观矿压显现不会太强烈；当工作面老顶周期来压与上位直接顶悬顶周期性跨落重合时，支架承担的是老顶产生的动载荷和支架控顶范围的直接顶动载荷的叠加，能够达到 2.17MPa，远大于支架能够达到的最大支护能力 1.47MPa，此时工作面矿压显现会非常强烈，可能具有冲击性，这与实测工作面第三次周期来压强度大的特征吻合。

一般情况下，老顶初次来压较周期来压压力大，但是所研究的工作面由于上位直接顶悬顶周期性垮落运动造成了老顶周期来压强度大于初次来压。在老顶初次来压时，上位直接顶悬顶恰巧已经垮落；老顶周期运动时，直接顶悬顶

周期性垮落产生的动载荷(非全长的直接顶悬顶)与老顶周期运动产生的顶板动载荷共同作用，造成了老顶周期来压时比初次来压时顶板压力大。上位直接顶悬顶周期性跨落产生的最大压力(1.263MPa)比无悬顶时直接顶产生的压力(0.56MPa)大 0.7MPa；若与工作面老顶来压时产生的顶板压力(0.91MPa)相叠加，则达到 2.17MPa，此时工作面矿压显现会非常强烈，可能具有冲击性。

5结论

若综采工作面的直接顶是上硬下软的复合顶板，在回采过程中就会分层垮落，较软的下分层随采随垮，较硬的上分层不能随采随垮，而存在一定的运动步距(所研究的工作面步距为11.6m)，当上位直接顶悬顶周期性垮落与老顶周期垮落重合时，就会出现一反常规的周期来压大于初次来压的现象。通过矿压在线观测发现，所研究的工作面直接顶无悬顶时直接顶产生的压力是0.56MPa，上位直接顶悬顶周期性跨落产生的最大压力是1.263MPa，若与工作面老顶来压时产生的顶板压力(0.91MPa)相叠加，则达到2.17MPa，此时工作面矿压显现会非常强烈；当上位直接顶周期性悬顶垮落与老顶周期垮落重合时，很容易造成工作面支架压坐垫(压死架)、局部冒顶甚至导致安全事故的发生。

直接顶周期性垮落与老顶周期来压是否重合可以很好地解释工作面周期来压时矿压显现的时大时小，以及周期来压时顶板压力大于初次来压的现象。掌握了上述顶板来压规律后，就可以采取针对性措施，有效避免安全事故的发生。

参考文献

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社，1999.

[2]周诗建.矿山压力观测与控制[M].重庆大学出版社，2010.

Class No.:TD82Document Mark：A

(责任编辑：宋瑞斌)

Why the Roof Pressure is Stronger When it is in Periodic Weighting than it is in First Weighting in the Fully Mechanized Mining Face

Zhao Tinglong

(Shanxi Coal Import and Export Corporation, Datong, Shanxi 037100，China)

Abstract：For adjacent mines, when they exploit the same coal rake , they may face partial roof fall when there is the crushed cushion frame in the working surface . By studying the law of roof movement , we try to observe, record and analyze the pressure of the old roof in order to master the rule of the pressure of the old roof and try to reduce the occurrence of the kinds of accidents.

Key words：immediate roof; hard roof; periodic weighting

中图分类号：TD82

文献标识码：A

文章编号：1672-6758(2016)02-0042-2

作者简介：赵廷龙，山西煤炭进出口公司左云长春兴煤业有限公司。研究方向：煤炭开采及顶板控制。