综采工作面矿压显现规律分析研究

赵高升 尚成军

（安徽恒源煤电股份有限公司任楼煤矿，安徽 淮北 235123）

顶板灾害是煤矿五大灾害之一，仅次于瓦斯灾害，居第二位。预测预防顶板灾害是煤矿安全生产中必不可少的环节之一。矿压观测能够第一时间掌握井下实际情况，便于及时采取有效措施，做到防患于未然。

安徽恒源煤电股份有限公司任楼煤矿7257工作面，采用计算机矿压在线监测系统对顶板压力进行系统的分析和研究，掌握了工作面推进速度与周期来压步距的关系以及该工作面液压支架的工作状态，从而优化采煤工艺参数，达到了预期的目的，收到了良好的效果。对有效解决类似条件下采面支架选型、防片帮、冒顶、改进采煤方法和回采面高效安全生产具有指导意义。

1 7257工作面基本情况

1.1 工作面概况

7257工作面为矿井中五采区首采面。该面西南至F7断层保护煤柱线；东至F5断层保护煤柱线；该面上限以风巷（标高-350.7～ -560.2m）为界，下限以机巷（标高-393.7～ -619.5m）为界，北至设计收作线，南至切眼，走向长1967～2013m，平均1990m；倾斜宽115～205m，平均202m；斜面积约415225m2。

1.2 顶底板情况

直接顶：浅灰～灰色泥岩，含植物化石。平均厚度2.00m，单向抗压强度为10.62～14.53MPa，平均为12.57MPa。

基本顶：灰～深灰色细砂岩，细粒结构，块层状构造，成分以石英为主，钙质胶结，性较硬，具水平层理。平均厚度4.15m，单向抗压强度平均为46.3MPa。往上为泥岩。

底板：灰～深灰色泥岩及73煤，泥岩厚0～8.74m，平均厚4.63m，泥质结构，含植物化石碎片。单向抗压强度平均为14.81MPa。

1.3 工作面支护

顶板管理方法：采用全部垮落法管理顶板。工作面配置138架液压支架，对工作面顶板实行全支护法管理。工作面基本支护规格见表1。

1.4 支架压力观测方法及测点布置

工作面安装KJ21矿山压力监测系统，共设置15架工作阻力测点。矿压测点布置见图1。

图1 矿压测点布置图

表1 工作面基本支护规格表

2 工作面矿压规律分析

2.1 顶板来压分析

顶板来压分析以支架每天最大（加权平均）工作阻力的平均值与其均方差之和作为判断顶板来压的主要指标。数据计算的公式为：

式中：

σp-每天最大（加权平均）阻力平均值的均方差；

n-实测天数；

Pti-每天实测最大（加权平均）工作阻力；

2.2 顶板周期来压分析

7257综采面基本顶周期来压步距见表2。工作面周期来压步距6.6～17.7m，平均约为11.3m。工作面下部支架来压不明显。

基本顶周期来压动载系数见表3。工作面基本顶周期来压动载系数为1.20～3.60，平均约为1.88。

2.3 支架工作阻力分布

7257工作面支架工作阻力频率分布见图2所示。

支架工作阻力分布整体上呈正态分布趋势。从表中可以看出，支架工作阻力在6000kN以内各区间内分布较均匀。从单个支架来看，部分支架工作阻力处于低工作阻力区间比例较大，或者处于高工作阻力区间比例较大的情况。

表2 基本顶周期来压步距

表3 基本顶周期来压动载系数

图2 支架工作阻力频率分布表

2.4 支架初撑力分布

支架初撑力的大小直接影响到对工作面顶板的支护安全性，如果过小会使支护的安全系数降低，造成工作面顶板发生离层，随着工作面推进离层的累积，容易发生工作面切顶，同时，一旦顶板来压过大会导致立柱迅速下降，容易发生事故，而且初撑力过小也会使矿压监测的数据失去准确性。

为了分析工作面支架初撑力的合理性，采取了数理统计方法分析了初撑力的分布区间，如表4所示。

表4 支架初撑力频率分布统计表 （单位：%）

表5 支架初撑力统计

由表5可知，工作面的平均初撑力为2200kN，占支架额定初撑力5067kN的43.42%。由表4可知，支架初撑力超过80%额定初撑力的只有3.4%，由此可见，整个工作面支架的初撑力偏低。

根据现场观测，分析初撑力偏小的原因主要有：

①供液压力不够。在实际生产过程中，为了防止管路破裂，便于工作面支架液压系统的管理和维护，泵压往往小于31.5MPa，一般在27～30MPa，即使供液系统的压力损失为零，液压支架的初撑力也达不到设计规定。

②管路损失大。液压系统存在跑、冒、漏、滴或者串漏液现象，主要是由于工作面支架检修质量差，支架立柱、安全阀维护不到位，失效数量多。

③由于工人主观因素影响，难以保证支架初撑的必要时间，供液时间短。实际生产过程中，工人为了追机移架，加快支护速度，没有足够的时间来保证初撑压力，支架实际上只是撑到顶梁与顶板开始接触的地点便停止供液，支架接顶不充分，这是支架初撑力偏低的主要原因之一。

④由于工作面回采时割煤与放煤平行作业，工作面始终是多组支架同时动作，导致主系统压力短时间内难以达到泵站压力。

2.5 支架左右柱受力平衡性

7257综采工作面采用ZY6000-18.5/38型两柱掩护式液压支架，支架工作阻力为6000kN，每根立柱的额定工作阻力为3000kN。每个记录仪有两个通道，分别监测支架的左柱和右柱，为了所测的数据能充分说明支架立柱受力情况，对各架的左右立柱的平均工作阻力进行了统计，正常推进期间支架左右立柱平均工作阻力统计如表6所示，从表中可以看出，7257工作面支架左右立柱受力比较均匀，左右立柱工作阻力比值的平均值为100.00%，其中最小为130#支架左右立柱平均工作阻力比值86.32%，40#支架左右立柱平均工作阻力比值最大为113.85%。

表6 支架左右立柱平均工作阻力统计表

3 结论

（1）工作面周期来压步距最大值为17.7m，最小值为6.6m，平均值为11.3m。

（2）支架工作阻力分布整体上呈正态分布趋势。支架工作阻力在6000kN以内各区间内分布较均匀。部分支架工作阻力处于低工作阻力区间比例较大，或者处于高工作阻力区间比例较大的情况。

（3）工作面支架的平均初撑力为2200kN，支架初撑力超过80%额定初撑力仅占3.40%。

（4）7257工作面支架左右立柱受力比较均匀，左右立柱工作阻力比值的平均值为100.00%，最小比值86.32%，最大为113.85%。