综放工作面矿压现场实测及支架适应性分析

赵明

摘 要：在进行现场矿压观测的基础上，对山西某矿综放工作面合理支护强度进行分析，得出了工作面支架载荷特点、周期来压规律。通过对支架的适应性进行分析，得出3403工作面采用的ZF4400/17/28型放顶煤支架的额定工作阻力偏低，支护强度不能满足工作面开采过程中对顶板支护的要求。

关键词：综放工作面;矿压观测;支架适应性;周期来压

中图分类号：TD323文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）29-0079-04

Abstract： Based on the field strata control observation， the support strength of fully mechanized caving face in practice coal mine was researched ， and the characteristics of support load in workface and periodic weighting were obtained by analyzing field measured data. By analyzing the supports adaptability， it could be summed up that the rated working resistance of sublevel caving hydraulic support ZF4400/17/28 adopted by 3403 workface was relatively low， support strength could not satisfy roof support when advancing and reasonable working resistance should be determined on the basis of measured data and roof movement law.

Keywords： fully mechanized caving face;mine pressure observation;suitability analysis of supports;periodic roof weighting

在我国煤炭资源中，厚煤层及特厚煤层储量约占总储量的45.6%。随着工业发展的需要和高产高效开采的迫切要求，综放开采技术得到了广泛应用和快速发展[1-5]。随着开采高度的增加，大采高综放工作面矿压显现趋于强烈，而液压支架作为综采工作面实现高产高效的关键设备，其适应性对采场的支护作用尤为重要[6-8]。本文主要在综放工作面矿压观测的基础上，分析放顶煤支架的适应性，研究综放工作面的合理支护强度，以指导类似地质及生产条件下煤矿采场的安全高效生产。

1 工程概况

实践矿井位于山西省沁水煤田晋城矿区中部，主采3号煤层-石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，采煤方法为走向长壁与倾斜长壁相结合开采，煤层平均埋深约300m，倾角0°～5°，普氏硬度F=3。3403工作面长175m，回采巷道长1 400m，煤层平均厚度5.7m，采用综合机械化低位放顶煤采煤开采工藝（一采一放，机采2.7m，放顶煤3m，采放比约为1∶1.1），全部垮落法管理顶板，工作面顶底板赋存情况如表1所示。

3403工作面采用ZF4400/17/28型放顶煤液压支架进行支护，在开采过程中存在以下异常矿压显现情况：①在来压期间，很大一部分支架工作阻力超过额定工作阻力，给工作面安全带来了隐患;②回采过程中，部分支架严重损坏，如工作面中部有些支架四连杆被压坏，支架立柱安全阀存在多处开启和损坏现象，千斤顶存在压弯、压断、漏液等故障。为了使该矿综放工作面安全高效生产，避免发生事故，有必要开展综放工作面矿压显现规律和支架适应性研究。

2 工作面矿压观测方案

3403工作面支架工作阻力观测主要采用KJ-327型矿山压力监测仪对工作面支架的载荷及其工况进行不间断监测，在工作面按照分区布置原则布置了7个测站，测站位置分别为工作面上部端头（7#）、上部测区（23#）、中部测区（38#、53#、68#）、下部测区（83#）和下部端头（110#）液压支架处，对工作面中部区域进行重点观测。每套压力仪除分别监测同一支架前后柱立柱下腔的压力情况外，还同时监测左右相邻架前后柱立柱下腔的压力情况;其余支架通过支架自带的机械式压力表进行读数检测。

3 工作面矿压显现规律分析

依据工作面液压支架工作阻力的监测结果，对各测线支架的工作阻力进行分析、统计和计算，绘制支架工作阻力随工作面推进的变化情况。本次观测过程中，工作面共推进193m，取工作面的推进距离为横坐标，工作阻力为纵坐标，由此研究分析工作面沿走向的矿压分布规律。

图1（a）至图1（d）分别为工作面上部（23#）、中部（53#）、下部（83#）和工作面平均支架工作阻力随工作面推进的变化曲线。通过分析图1可知：各测站没有明显的周期来压现象，靠近端头的支架工作阻力相对于其他支架总体较小。这主要是因为工作面两端头附近受两侧煤体支撑，顶板下沉量较小，支架增阻比较小，工作阻力相对较小，工作面中间顶板下沉量比较大，支架工作阻力相对较大。

从现场观测统计观测和对图1的分析可得出工作面基本顶的来压特征，结果见表2和表3。工作面存在周期来压现象，但周期来压不明显。此次分析阶段共经历9次周期来压，周期来压步距最大值为34m，最小值为15m，平均值为20.7m;工作面老顶来压时增载系数为1.06～1.32，平均为1.13，属于来压不明显工作面。

4 工作面支架的适应性分析

通过分析工作面实测的支架工作阻力，得出的液压支架工作阻力分布情况如表4和图2所示。

从上述图表可得：①3403工作面上、下两端头附近支架工作阻力较小，中间支架工作阻力大;②3403工作面总体支架工作阻力分布频率以28～35MPa所占比率（48.67%）最大，总体支架工作阻力大于额定工作阻力80%（28MPa）的比例高达75.04%（额定工作阻力为35MPa），说明支架留有的富余量比较小;③3403工作面各测站支架工作阻力大于额定工作阻力的比例高达26.37%，表明支架选型时额定工作阻力偏低;④工作面全體支架平均工作阻力为31.12MPa，占额定工作阻力的88.91%，实测最大工作阻力平均值为39.23MPa，占额定工作阻力的112.09%，这说明支架的额定工作阻力偏低，需要根据工作面的顶板活动规律，进行设备重新设计和选型，进一步提高支架的支撑能力。

5 结论

在现场观测矿压的基础上，对综放工作面合理支护强度进行分析得出以下结论。

①由于放顶煤工作面两端头附近受两侧煤体支撑，顶板下沉量较小，导致端头的支架工作阻力相对于其他支架总体较小。

②工作面周期来压步距最大值为34m，最小值为15m，平均值为20.7m;老顶来压时平均增载系数为1.13，属于来压不明显工作面。

由此可见，支架的额定工作阻力偏低，需进一步提高支架的支撑能力。

参考文献：

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