大采高综采面矿压显现规律及支架合理性研究

王晓磊 李海杰

摘 要：为了研究大采高综采工作面矿压显现规律，以伊泰集团纳林庙煤矿一号井326-04综采工作面的生产实践为工程背景，进行了现场矿压实测，通过理论计算并对工作面矿压监测数据结果进行分析，得出工作面基本顶的初次来压和周期来压步距，并做出采面基本顶的分级类别；又通过分析一段时期内工作面液压支架的初撑力和循环末阻力情况，对工作面液压支架适应性进行了评价，分析结果表明，该工作面选用的液压支架比较合理，能够适应顶板来压及地质条件变化的影响，满足工作要求。

关键词：大采高；矿压显现规律；周期来压；初撑力；循环末阻力

0引言

大采高综采技术在我国经过多年的发展和完善，已经取得可喜的成绩。越来越多的大采高综采工作面的出现，人们对大采高综采面的矿压规律显现研究也得到了进一步的深入[1-3]。

本文根据伊泰纳林庙矿一号井326-04工作面的开采实践，对该地质条件下矿压显现规律及特征进行研究。

1工程地质及工作面开采概况

伊泰煤炭股份有限公司纳林庙煤矿位于东胜煤田东南部，内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内。326-04综采工作面位于伊泰纳林庙矿一号井单水平开拓水平三分区采区，该工作面走向长度2818m，倾向长度241m，煤层倾角为2o。

工作面直接顶厚度为12m，组成直接顶的岩层层数为1，直接顶属于3类直接顶。工作面采用长臂采煤法，属于单一走向长臂采煤法，采高5.8m，采煤方式为综采，顶板处理方式为垮落法，工作面选用ZY13000/28/63两柱式液压支架支护。

2综采工作面矿压实测与分析

2.1 矿压观测点布置及数据采集

工作面采用KBJ-60Ⅲ型综采支架压力记录仪连续测量和采集监测支架的工作阻力数据。在326-04综采面共设置15个支架工作阻力监测站，共15台支架工作阻力测力仪，分上、中、下三个测区，其中上部测区对2#、12#、22#、32#、42#支架进行监测，中部测区对52#、62#、72#、82#、92#支架进行监测，下部测区对102#、112#、122#、132#、142#支架进行监测。

工作面支架安装完毕后，利用KBJ-60Ⅲ型矿用数字压力计测量测点的压力，并把测得的数据连续记录在压力计内，然后使用数据采集器定期对测得数据进行采集，把采集的数据携带至井上后通过适配器将数据传送到PC计算机进行处理，根据处理的数据就能全面分析综采面的矿压显现规律。

2.2 工作面矿压显现规律分析

2.2.1 顶板来压步距判断

为了研究方便，搜集典型数据，选取326-04综采工作面正常推进期间90天的观测时长，92-510m范围内实测数据为代表进行分析。利用工作面支架阻力测力仪所测阻力随工作面推进步距关系曲线来推断顶板来压步距，测站部位顶板初次来压步距。可以得出：

（1） 2#、12#、22#、32#、42#液壓支架所代表的工作面上端头基本顶初次来压步距平均为58m；52#、62#、72#、82#、92#液压支架所代表的工作面中部基本顶初次来压步距平均为20.075m；102#、112#、122#、132#、142#液压支架所代表的工作面下端头基本顶初次来压步距平均为33.7m。326-04综采工作面基本顶初次来压步距为37.258m。

（2） 工作面上端头周期来压步距最大为173m，最小为0m，平均为23.2m；中部周期来压步距最大为150m，最小为0m，平均为8.03m；下端头周期来压步距最大为139m，最小为0m，平均为13.48m。整个工作面基本顶周期来压步距平均为14.91m。

2.2.2 工作面基本顶分级判断

基本顶初次来压当量计算公式[4]为：

式中Lf——基本顶初次来压步距，取37.258m；

N——直接顶充填系数， ，取2.07；

hi ——直接顶厚度，取12m；

hm——工作面采高，取5.8m。

经计算，基本顶初次来压当量为1145.986kPa，大于基本顶分级指标中1145kPa。按照中华人民共和国煤炭行业标准《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》中“工作面基本顶分级指标”，又结合来压时工作面现场情况，初步判断属于Ⅳb级来压非常强烈的基本顶。

3支架适应性分析

3.1 支架合理支护强度计算

按照中华人民共和国煤炭行业标准《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》 （MT554-1996） 附录D“顶板分类对液压支架额定支护强度的要求”，可确定支架支护强度下限。

基本顶初次来压当量为1145.986kPa，采高为4m时基本顶额定支护强度下限为1.09kPa，由于326-04工作面煤层采高为5.8m，因此建议支架的支护强度下限应不小于1.1kPa。

又根据《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》 （MT554-1996）附录D中各级基本顶额定支护强度下限公式可计算液压支架的支护强度下限为：

式中：Bc——控顶宽度，取1.2m；

CK——备用系数，Ⅳa级基本顶取1.2-1.3，Ⅳb级基本顶取1.4-1.6。

则Ps=1243.77（kPa），故确定支架支护强度为1243.77kPa。该工作面选用型号为ZY13000/28/63两柱式掩护支架，额定支护强度为1.36MPa，故工作面液压支架能满足支护强度要求。

3.2 支架工作阻力评价

各支架平均初撑力在24.08-26.53MPa之间，平均为25.41MPa，占额定初撑力的84.7%，并且各个支架初撑力利用率都在80%以上，说明初撑力利用率较高，可见支架初撑力满足要求。

总体而言，选用型号为ZY13000/28/63的双柱掩护式支架，能够满足326-04工作面生产要求。

4结论

通过以上分析得出以下结论：

（1） 通过监测数据和现场观测分析，掌握了大采高综采面的矿压显现规律，得出326-04工作面基本顶存在明显的初次来压和周期来压，基本顶初次来压步距为37.258m，基本顶周期来压步距平均为14.91m。

（2） 根据工作面基本顶分级指标公式，结合有关规律参数及工作面现场情况，得出判断属于Ⅳb级来压非常强烈的基本顶。

（3） 所选支架初撑力利用率较高，整架循环末阻力发挥程度稍欠佳，中部部位顶板压力较大。总的来讲，326-04工作面选用ZY13000/28/63双柱掩护式支架适应性较好，能够满足工作面生产要求。

参考文献：

[1]柴敬，高登彦，王国旺等. 厚基岩浅埋大采高加长工作面矿压显现规律研究[J]. 采矿与安全工程学报，2009（4）： 437 – 440. .

[2]李泽荃，张峰伟，白玉奇等. 大采高综采工作面矿压显现规律研究[J]. 煤炭工程，2012（7）：50-53.

[3]张俊云，侯忠杰. 浅埋采场矿压与覆岩破断规律[J]. 矿山压力与顶板管理，1998（3）：9-11.

[4]钱鸣高，石平五. 矿山压力与岩层控制[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，2003.

作者简介：

王晓磊（1987-），男，河南省襄城县人，硕士研究生，主要从事煤矿开采与巷道支护方面的研究。