大采高综采末采矿压规律实测研究

李宗霖(山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045000)

大采高综采末采矿压规律实测研究

李宗霖
(山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045000)

以某矿3303工作面开采为背景，基于矿压实测及理论研究、工作面顶板控制经验，采用现场实测、理论分析相结合的方法，充分研究工作面末采阶段矿压规律，为工作面安全生产提供理论依据。基于实测矿压规律，调整3303面的推进速度，使工作面贯通回撤通道时，避开顶板来压，实现工作面的顺利贯通。

末采；矿压规律；推进速度；带压推进

末采矿压规律不仅可以确定合理的工作面终采线位置，提高煤炭资源采出率，同时对综采末采安全高效生产也具有重要意义。研究表明，末采矿压规律与工作面正常回采相比有其特殊性[1]，不能将正常回采阶段的矿压规律用于指导工作面末采期间的安全生产。

工作面顶板结构模型是回采工作面上覆岩层运动规律的直观量化表现[2]. 顶板相对稳定步距是等压开采技术中的一个关键判别指标。而工作面支架工作阻力对顶板厚度的确定，工作面推进速度与顶板来压步距的关系对指导工作面带压推进起到重要的作用[3]. 研究揭示末采矿压规律对指导工作面安全高效生产，实现安全快速搬家倒面具有现实意义。

因此，本文结合某矿3303工作面的末采，综合采用现场实测和理论分析开展大采高综采末采矿压规律的研究，从而与已有的研究成果形成一个整体，为矿区其他工作面的开采提供理论基础和借鉴。

1 工作面末采期顶板运动规律的实测研究

1.1工程背景

某矿3303工作面长度300.58 m，末采期采高平均4.0 m. 工作面顶板分层较多，有一层较厚的细粒砂岩，见表1. 工作面推进至预判的停采等压位置(距主回撤通道6.6 m)时，工作面顶板正处于来压阶段。

表1 3303工作面顶板岩性表

1.2工作面矿压显现

工作面末采期的宏观矿压显现对于指导工作面等压开采和工作面与回撤通道的贯通具有重要意义。宏观矿压显现主要由支架工作阻力和顶板运动步距来反映。3303工作面选择32#、34#、88#、89#、136#和137#支架作为测线，进行支架工作阻力的监测和统计。

1.2.1支架工作阻力

实用矿山压力理论中，支架工作阻力对估算直接顶和基本顶厚度起到关键性作用。通过现场实测，统计了3303工作面6条测线处支架来压前后的均值工作阻力，见表2，表3.

表2 顶板来压前支架压力表

表3 顶板来压时支架压力表

1.2.2工作面推进速度与顶板来压步距的关系

1) 每天割煤18～19刀，日进尺14.4～15.2 m时，中部支架来压步距平均值13.4～16.2 m，平均14.5 m.

2) 每天割煤14～16刀，日进尺11.2～12.8 m时，中部支架来压步距为8～15.2 m，平均11.2 m，持续步距4～6.4 m，平均5.2 m.

3) 每天割煤8～10刀，日进尺6.4～8 m时，中部支架来压步距7.2～9.6 m，平均8.4 m，持续步距2.4～4 m，平均3.2 m.

4) 上、下部支架滞后中部支架1.5～2.4 m来压。

1.3工作面末采阶段顶板结构模型的构建

1.3.1直接顶运动参数的计算

1) 直接顶岩层断裂步距。

直接顶岩层断裂步距按悬臂梁公式计算LOZ，见式(1)：

(1)

式中：

LOZ—直接顶单岩层初次断裂步距，m；

MZ—直接顶单岩层厚度，m；

[σ]—岩层抗拉强度，MPa；

γ—岩层容重，kN/m3.

2) 悬顶系数。

悬顶系数fZ计算公式见式(2)和式(3)：

(2)

(3)

式中：

S0—支架合力作用点距煤壁距离，m，对于综采支架，一般S0=0.5LK，则nZ=0.5. 因此：

(4)

3303工作面支架最小控顶距LKmin=5.14 m，最大控顶距LKmax=5.94 m，则平均控顶距LK=(LKmin+LKmax)/2=5.54 m.

假定工作面直接顶由顶板①～④ 4个分层组成，各分层岩层的悬顶距和悬顶系数见表4.

表4 3303工作面直接顶岩层悬顶系数计算表

3) 工作面直接顶厚度[4].

假定直接顶组成中①～③岩层为其组成部分，根据工作面来压前顶板压力计算直接顶厚度，将①～③3个岩层代入式(5)：

PT1=1.05(∑MZi·γZi·fZi)

(5)

式中：

PT1—来压前支架支护强度，MPa；

MZ—分层直接顶厚度，m；

γZi—分层直接顶容重，kN/m3；

fZi—分层直接顶悬顶系数。

当i=1时，计算得到PT1=0.03 MPa；i=3时，PT1=0.47 MPa；i=4时，PT1=7.72 MPa，计算结果见表4.

对比直接顶不同岩层组合时工作面来压前可能的顶板压力计算和实测值，可知直接顶厚度由①+③岩层组成时，来压前计算顶板压力和工作面支架实测的来压前平均支护强度0.67 MPa相差较小。所以3303工作面顶板由①～③岩层组成工作面直接顶，厚度为MZ=5.66 m.

1.3.2基本顶厚度的确定

根据实测矿压参数由式(6)计算基本顶的厚度ME.

(6)

式中：

PT—周期来压时顶板压力，MPa，取1.03；

A—工作面直接顶岩重，A=25 kN/m3×5.66 m=0.14 MPa；

ME—基本顶基准厚度，m；

γE—基本顶容重，kN/m3，取25；

c—基本顶周期来压步距，m，实测均值取14.0；

KT—基本顶岩重分配参数，直接顶非常薄，一般取2；

LK—工作面平均控顶距，m，取5.54.

即：

(7)

由式(7)计算得到的3303工作面基本顶基准厚度为ME=28.2 m.

进一步与3303工作面岩层综合柱状图比对可知：3303工作面基本顶由1层细粒砂岩岩层组成，为平均厚度ME=17.33 m.

1.3.3工作面顶板结构模型

工作面顶板结构模型见图1.

主要特征参数如下：

1) 末采阶段工作面平均采高4.0 m.

2) 直接顶由平均厚度1.11 m砂质泥岩，3.55 m细粒砂岩和1.00 m泥岩组成，部分直接顶随采随冒。

图1 工作面顶板结构模型图

3) 基本顶平均厚度为17.33 m的中粒砂岩，基本顶周期运动步距为14.7 m.

2 末采矿压规律的应用

5月1日凌晨1点12分，38.6 m位置处于来压阶段。根据工作面推进速度与顶板来压步距的关系，预计工作面贯通位置处于来压状态。

为使工作面贯通回撤通道时避开周期来压，可通过改变推进速度来实现。调整推进速度后，5月1—2日，按照10刀组织生产；5月3日，再推3 m左右至铺网位置，铺网时按正常速度推进。现场观测到，当工作面推进至距主回撤通道6.6 m时，工作面顶板正处于来压阶段，基本顶断裂位置和预计基本顶断裂位置见图2.

图2 距回撤通道6.6 m时顶板结构示意图

此时无需等压，继续向前推进便可在剩余阶段推过来压影响区域，在工作面与主回撤通道贯通之前保证结束顶板来压。现场观测到，继续向前推进3.5 m时，工作面顶板来压结束。按正常推进速度推进(日割煤14～16刀)，周期来压步距平均11.2 m，来压持续步距平均5.2 m，预计基本顶在本次来压结束后，下一次断裂位置距主回撤通道(宽度5 m)副帮3.1 m，见图2.

由以上分析可知，分析末采阶段停采等压前2～3次周期来压规律，有利于对工作面以后的来压位置做出预判，然后可通过调整推进速度，避免工作面长时间的等压。

3 结 语

末采阶段的矿压规律，尤其是末采阶段停采等压前2～3次周期来压规律对指导工作面顺利贯通回撤通道起到关键性作用。本文结合3303工作面的末采对大采高综采末采矿压规律进行研究，主要结论有：

1) 通过实测支架工作阻力，分析得到工作面末采阶段的周期来压步距为14 m，显著运动步距为5.9 m，相对稳定步距均值为8.0 m，分析计算得到直接顶和基本顶厚度分别为5.66 m和17.33 m，部分直接顶随采随冒，基本顶随工作面推进周期性破断。

2) 可通过调整推进速度，改变工作面来压位置，既能保证工作面带压推进，在工作面贯通主回撤通道时，工作面设备的回撤免受顶板来压的影响，又能避免工作面长时间等压。

3) 依据实际监测的矿压规律，当工作面推进至距主回撤通道6.6 m时，选择带压推进。在工作面与回撤通道贯通时，避开了顶板来压，实现了工作面的顺利贯通。

[1] 高登彦,杨金楼.大柳塔煤矿52煤7 m大采高综采工作面支架工作阻力分析[J].中国矿业,2016,25(2):80-84，101.

[2] 杨 娟.大采高综采工作面末采阶段来压规律与顶板控制技术[J].煤炭工程,2015,47(10):54-57.

[3] 李振华,赵银虎.大采高工作面末采顶板结构及控制技术研究[J].山西焦煤科技,2016,40(7):16-18.

[4] 高登云.7 m大采高综采工作面末采期间顶板控制技术[J].煤炭科学技术,2014(10):121-124.

ResearchonMiningPressureLawofEnd-mininginFullyMechanizedCoalMiningFacewithLargeMiningHeight

LIZonglin

Takes 3303 working face in a coal mine as the background, based on the combined methods of field measurement, theoretical research and the roof management experience, the strata pressure law of ending-mining is fully studied for a theoretical basis for safety production. The mining speed in 3303 working faces is therefore adjusted timely according to the pressure law collected by site measurement, so as to avoid the peak roof pressure during and after docking of work face, making the docking more smooth.

End-mining; Mining pressure law; Mining speed; Mining under pressure

·专题综述·

2017-08-08

李宗霖(1989—)，男，山西阳泉人，2012年毕业于中国矿业大学，助理工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作(E-mail)cumt_exam@126.com

TD323

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1672-0652(2017)10-0053-04