综放工作面矿压显现规律实测研究

张文宗

摘 要：为了掌握回采工作面上覆岩层运动横向和纵向的发展规律及移动概况与支架的相互关系，更好地进行老顶来压的预报，需要提出合理的顶板管理措施。本文以神华寸草塔二矿31203综放工作面为研究对象，制订矿压观测的方案，利用液压支架压力自动监测系统对31203工作面初采期间的顶板来压现象及辅助运输顺槽的顶板移近量进行研究，得出综采工作面初采期间内矿压显现的基本规律，为工作面应对矿压现象、实现安全高效生产提出了理论性指导。

关键词：综采;矿压规律;顶板来压

中图分类号：TD323 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）31-0078-03

Research on Actual Measurement of Mine Pressure Behavior in

Fully Mechanized Mining Face

ZHANG Wenzong

（Shenhua Shendong Cuncao Tower No.2 Mine，Ordos Inner Mongolia 017209）

Abstract： In order to grasp the lateral and vertical development law of overburden strata movement and the relationship between overburden strata movement and support in mining face， and predict the main roof pressure better， reasonable roof management measures are needed. Taking the 31203 fully mechanized caving face of Shenhua Shendong Cuncao Tower No.2 Mine as the research object， the mine pressure observation scheme was formulated， and the hydraulic support pressure automatic monitoring system used the roof plate pressing phenomenon during the initial mining of 31203 working face and the roof displacement of the auxiliary transportation channel. The research on the quantity was carried out， and the basic law of mine pressure in the initial mining period of the fully mechanized mining face was obtained， which provided theoretical guidance for the working face to deal with the phenomenon of mine pressure and achieve safe and efficient production.

Keywords： fully mechanized mining;mine pressure law;roof pressure

煤礦在开采过程中，在掘进的扰动作用下，改变了自然状态下原岩的赋存状态。随着工作面的推进，煤体被不断剥落，巷道及其周围硐室的围岩所承受的应力也会不断加大并趋于复杂化，在一系列动力现象（如岩体变形、支护物折损、顶板破碎等）下呈现出不同的矿压显现规律。强烈的矿压显现引发的矿压事故一直占据着煤矿伤亡事故的首位，严重威胁着安全高效生产的顺利进行。因此，深入研究矿压显现规律，科学总结预防控制措施，对煤矿实现安全高效生产具有重要意义。

1 工作面概况

神华寸草塔二矿31203综放工作面位于31煤二盘区、B54和补勘2钻孔连线西南侧，与连线平行[1]。工作面推进长度2 609.7m，工作面宽度253.6m，煤层厚度为3.8～7.5m，平均煤厚6.42m，倾角为4°。回采范围位于31煤与42上煤层分叉复合线两侧，分叉区范围为：主运顺槽（8—9联巷）482.52m处至主回撤通道、辅运顺槽（6联巷附近）334.87m处至主回撤通道;复合区范围为：主运顺槽485.2m处至切眼段、辅运顺槽334.87m至切眼段;工作面采用放顶煤开采，具体流程以放煤工序为中心，以一采一放为基本工艺，采放平行作业。其回采工艺流程为：割煤→移架→推前部运输机、放煤→拉后部运输机[2]。液压支架选用ZFY18000/25/39D双柱掩护式放顶煤液压支架。

2 矿压观测内容与方案

2.1 观测内容

①统计液压支架立柱工作阻力。

②观测工作面周期来压期间的矿压显现情况。

③观测顶板动态，包括顶底板移近量、周期来压步距、巷帮变形情况等。

2.2 观测方案

2.2.1 测点布置。31203综放工作面共设127台液压支架，在工作面液压支架上每隔5架布置一个测点，即将测点布置在5#、15#、25#、……115#、125#支架上，工作面共布置了25个测点[3]。从工作面切眼开始观测回采期间的矿压变化情况。

2.2.2 研究方法。利用Excel表格及Surfer软件将观测的矿山压力数据制作成曲面图表，生产现场采用人工记录的方法，记录工作面顶板来压期间的煤壁片帮程度、顶板漏矸、支架立柱下沉度等现象，与顶板压力曲面图相结合，共同分析总结综采工作面矿压显现规律[4]。

3 矿压显现规律实测分析

3.1 初采期间的顶板观测

在31203综放工作面内面，当工作面机头推进到17m、机尾推进5m时，17#～95#支架处顶煤开始垮落、切眼顶板冒落;机头推进到23m、机尾推进15m时，机头顶板开始垮落;机头推进到34m、机尾推进22.5m时，机尾顶板开始垮落;工作面机头至43m时，机尾推进至48m时，工作面顶板全部垮落。

3.2 初采期间的来压观测

工作面推进约24.22m时，直接顶开始初次来压，来压不明显。当工作面推进至约36m时，工作面老顶来压，压力持续6m。其中，75#～90#液压支架处压力明显，压力值显示在400bar以上。此段煤壁片帮较为严重，有炸帮现象。机头、机尾段来压不明显，未发生片帮、蹦锚杆、锚索及底鼓现象[5]。由此可以确定为工作面局部开始来压。

工作面推进约62.3m时，第一次周期来压（老顶来压），距离上次工作面老顶来压的距离为26.3m。其中，40#～95#支架段大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他地点压力值为252～300bar，40#～95#液压支架处片帮严重。本次来压45#～95#液压支架段压力持续近9.5m。可见，工作面整体来压明显。

工作面推进约86.5m时，第二次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为24.2m。其中，65#～90#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他地点为252～300bar，65#～75#液压支架处煤壁片帮严重。本次来压65#～75#液压支架段压力持续5.2m。可见，工作面整体来压不明显。

工作面推进至111.7m时，工作面第三次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为25.2m。其中，20#～95#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他地点均为252～300bar，煤壁片帮严重，大部分支架安全阀打开，机尾超前架段靠近副帮侧发生底鼓，底鼓高度0.3m，正帮4#超前架侧片帮严重，片帮长度10m，深度1m。本次来压20#～90#液压支架段压力持续10.3m。可见，工作面整体来压强烈。

工作面推进至130.7m时，工作面第四次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为19m。其中20#～95#支架段来压，煤壁片帮严重，大部分支架安全阀打开，机尾超前架段靠近副帮侧发生底鼓，底鼓高度0.3m，正帮4#超前架侧片帮严重，片帮长度10m，深度1m。本次来压20#～90#液压支架段压力持续10.3m。可见，工作面整体来压强烈。

工作面推进至150.6m时，工作面第五次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为20m。其中25#～125#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他地点均为252～300bar，煤壁片帮严重，大部分支架安全阀打开，底鼓高度0.3m，机尾1#～4#超前架靠近副帮底鼓2次，矿压显现强烈，1#号超前架距机尾靠近副帮顶板下沉400～500mm，机尾挡煤板距副帮安全出口为800mm，机尾驱动电机处因帮鼓影响，安全出口较小，工作面116#～121#顶板压力大，顶板出现漏顶现象，来压明显。可见，工作面整体来压强烈。

工作面推进至170.5m时，工作面第六次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为20m。其中，45#～110#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他地点均为252～300bar，煤壁片帮严重，大部分支架安全阀打开，机尾通过提前顶帮补强支护Φ28.6mm的锚索及挂铅丝网片支护，机尾顶板未出现下沉现象，但原支护锚索、锚杆、托盘蹦出较多，部分支护失效。可见，工作面整体压力显现强烈。

工作面推进至187.8m时，工作面第七次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为17.3m。其中，50#～80#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他地点均为252～300bar，煤壁片帮严重，部分支架安全阀打开。可见，工作面整体压力显现不明显。

工作面推进至207.7m时，工作面第八次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为20m。其中，30#～50#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他压力为300～400bar，煤壁片帮严重，部分支架安全阀打开。可见，工作面整体压力显现不明显。

工作面推进至226.7m时，工作面第九次周期来压，距离上次工作面老顶来压的距离为18m。其中，50#～70#支架段来压，大部分液压支架压力值显示在400bar以上，其他压力均为300～400bar，煤壁片帮严重，部分支架安全阀打开。可见，工作面压力显现不明显。

3.3 顶板移近量观测

根据在31203工作面两顺槽作测点标记，每隔5m布置一组测点。超前支护范围内，50m范围内布置10组测点（根据顶板移近量进行分析，因50m范围之外巷道顶板无明显变化，不做专门的观测分析），初采期间31203辅运顺槽顶板移近量观测数据见表1所示。

4 巷道维护技术

根据寸草塔煤矿的监测数据及周期来压时的矿压显现规律，为保证该矿实现安全高效生产，提出以下几点巷道维护措施。

第一，初采期间，工作面周期来压时支架工作阻力明显增大，需要在周期来压前提前调整工作面采高，加强支架检修及初撑力管理，防止周期来压因采高过低压死支架过损坏缆线及液管等现象。

第二，在31203综采工作面推进至100m左右时出现了应力集聚，需要在岩体中进行定向爆破，从而在岩体内部形成大量的裂隙，形成连续松散的破碎卸压带，将作用于高应力区域的支撑压力峰值传递到围岩深部，降低应力集中的现象，起到缓冲垫层的作用。

第三，确定合理的巷道布置与支护技术。为了最大程度上避开由于采掘活动引起的应力集中区，应避免在遗留煤柱下方布置巷道，最好将巷道布置在煤层开采后形成的应力降低区的区域内。支架选型时，要与地质条件相匹配，防止突然来压将支架压死。

第四，工作面周期来压时，煤壁片帮严重，推进过程极易出现卡死现象，需要控制采煤机推进速度与推溜长度，使用伸缩顶梁及护帮板对巷道围岩体进行及时支护。

5 结论

①初次来压步距的大小和矿压显现程度与工作面的支架初撑力、工作面的推进速度有很大关系，推进速度越慢，周期来压步距越短。

②工作面推至机尾联巷前后20m范围内时，工作面周期来压时机尾易發生底鼓及帮鼓现象，需要快速推进。同时，要加强机尾超前段管理，严格控制超前支架与端头支架的空顶距离。

③需要加强工作面工程质量管理，根据周期来压规律，合理控制采高，防止周期来压时，支架采高过低压坏液管及煤机无法割煤。

参考文献：

[1]韩福军.回采工作面在线监控技术应用与研究[J].机械管理开发，2017（2）：70-72.

[2]王金华.特厚煤层大采高综放工作面成套装备关键技术[J].煤炭科学技术，2013（9）：1-5，28.

[3]李立杰，王唯德，张雄.浅埋煤层大采高工作面矿压规律及机理研究[J].陕西煤炭，2016（3）：25-27.

[4]王福海.工作面过空巷矿压显现规律及支架适应性分析[J].山西焦煤科技，2016（4）：46-49.

[5]高秀清.综采工作面矿压显现规律实测研究[J].山西煤炭，2013（3）：45-46，74.