麦捷煤矿综放工作面矿压显现实测分析

（山西潞阳煤炭投资经营管理有限公司，山西 晋中 030600）

1 工程概况

山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司150506综放工作面位于井田新区中部，工作面北面为150502采空区，南面为实体煤，西面为井田边界，东面为三条大巷（15#南回风大巷、15#南皮带大巷、15#南轨道大巷）。工作面走向长度205m，倾斜长度817m，开采15#煤层，煤层厚度6.1～6.70m，多含一层泥岩（0.2 m），平均煤厚6.40m，煤层顶板为石灰岩、粉砂岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩。

15506工作面采用综合机械化放顶煤开采，采煤机割煤高度为2.8m，放顶煤高度为3.6m，采放比为1：1.29，采煤机截深为0.8m，工作面采煤机型号为MG300/730-1.1D，工作面液压支架型号为ZF4800/17/33，初撑力为3450 kN，工作阻力为4800 kN，另外工作面两端布置有端头支架各三组，型号ZFG6500/21/36，工作阻力6500 kN，端面距为0.34 m。

为掌握15#煤层综放工作面的矿压显现特征，决定对150506综放工作面矿压显现规律进行实测分析。

2 支架工作阻力实测

为掌握150506综放工作面回采期间的矿压显现规律，决定对液压支架工作阻力进行监测作业。监测方案划分为工作面上部、中部及下部。其中工作面上部监测20#、24#液压支架；工作面中部监测56#、60#液压支架；工作面下部监测86#、90#液压支架。根据监测数据，能够得出液压支架工作阻力与工作面开采长度之间的关系，进而得出工作面回采期间上覆岩层的运动规律。根据监测数据可知，工作面上部、中部及下部区域内液压支架的工作阻力表现为相同的趋势。现以20#、60#和90#支架分别代表工作面上部、中部及下部区域，分析其工作阻力，总结其矿压显现规律。

1）工作面上部区域

根据工作面回采期间工作面上部20#和24#液压支架的工作阻力曲线可知，曲线基本保持一致，现具体以回采期间20#支架的工作阻力进行分析，其循环末阻力与时间加权阻力见图1。

图1 20#液压支架工作阻力曲线

分析图1可知，150506工作面回采期间，上部区域的平均周期来压步距为16.9m，来压的影响范围约为5.5m，在来压期间，支架的循环末阻力和时间加权工作阻力的平均值分别为3566 kN和3384 kN，分别占到支架额定工作阻力的74.2%和70.5%；平均动载系数分别为1.19和1.21。

2）工作面中部区域

根据工作面回采期间工作面中部56#和60#液压支架的工作阻力曲线可知，曲线基本保持一致，现具体以回采期间60#支架的工作阻力进行分析，其循环末阻力与时间加权阻力曲线见图2。

图2 60#支架工作阻力曲线

分析图2可知，150506工作面中部的平均来压步距为22m，中部基本顶周期来压时，平均的影响范围约为7.9m，在来压过程中，支架的循环末阻力和时间加权阻力分别为3802.9 kN和3356.7 kN，分别占到支架工作阻力的79.2%和69.9%，平均动载系数分别为1.17和1.19。

3）工作面下部区域

根据工作面回采期间工作面下部86#和90#液压支架的工作阻力基本保持一致，现具体以回采期间90#支架的运行状况进行分析，其循环末阻力与时间加权阻力见图3。

图3 90#液压支架工作阻力曲线

分析图3可知，工作面回采期间，下部区域周期来压平均步距约为16.4m，来压的平均影响范围约为5.7m，工作面来压过程中，液压支架的循环末阻力和时间加权平均阻力分别为3881.8 kN和3521.1 kN，其分别占到支架额定工作阻力的80.8%和73.3%；平均动载系数分别为1.32和1.37。

基于上述分析，150506工作面回采期间工作面上部、中部及下部区域基本顶的周期来压步距分别为16.9m、21.9 m和16.4m，工作面平均来压步距为18.4 m；工作面中部周期来压的平均影响范围相对较大，平均约为7.9m，工作面两端头支架周期来压的影响范围相对较小，平均约为5.6m，工作面整体的平均周期来压步距为18.4m，整体周期来压的平均影响范围为6.36 m；支架的动载系数表现为工作面两端头大、中部小的特征。

3 支承压力实测

3.1 原岩应力确定

为分析掌握工作面回采期间，支承压力的分布规律，现计算工作面原岩应力的大小[1-2]，视上覆岩层的重量为原岩应力，表达式为：σ=γH。

根据工作面平均埋深为328m，结合覆岩特征区上覆岩层的平均体积力为25 kN/m3，具体代入上式中计算得出，150506工作面的原岩应力为8.2MPa。

3.2 超前支承压力实测

为掌握150506工作面回采期间超前支承压力的分布规律，现采用在单体液压支柱上安设压力计的方式进行监测分析[3-4]，在工作面运输顺槽与回风顺槽超前工作面60m的位置处分别布置一个测站。

根据测站的监测结果，能够得出工作面回采期间，进风顺槽和回风顺槽内单体柱的压力曲线见图4。

图4 单体柱压力曲线

分析图4可知，单体柱的压力数值随着距离工作面距离的减小表现为先增大后减小的趋势，运输顺槽顺槽内的单体柱的压力在距工作面煤壁约50m的位置处开始逐渐增大，一直增大到单体柱距工作面煤壁13m的位置，其中在单体柱距离工作面13～24m的范围内，单体柱压力的增幅较大，单体柱压力在距工作面煤壁13m的位置为最大值，为16.3MPa，单体柱距工作面0～13m的范围压力逐渐减小；回风顺槽内单体柱随着距工作面煤壁距离的减小，同样表现为先增大后减小的趋势，单体柱压力的峰值在距离工作面煤壁12m的位置，为16.3MPa。

基于上述分析，150506工作面的超前支承压力范围为超前工作面50m的范围，超前支承压力的峰值在工作面前方约13m的位置，支承压力的集中系数为1.8～1.9。

3.3 侧向支承压力实测

为掌握15056工作面侧向支承压力，在工作面回采期间，在运输顺槽煤柱布置监测站，测站布置在超前工作面70m的位置，通过在煤柱内安装钻孔应力计的方式进行监测作业[5]，在煤柱深度3～13m范围内安设，钻孔应力计每间隔2 m一个，安装到煤柱13 m深度的位置处，共计安装5个钻孔应力计，均垂直于煤柱帮部安设，具体侧向支承压力监测站布置形式见图5。

图5 侧向支承应力监测站布置

根据工作面回采期间的监测数据，现具体以测站距离工作面40 m和20m时侧向支承压力的数据进行分析，具体曲线见图6。

图6 工作面侧向支承压力曲线

分析图6可知，当侧向支承压力测站与工作面煤壁距离为40m时，此时侧向支承压力的最大值在距离采空区侧7m的位置，其值为9.5MPa；随着工作面回采作业的进行，当测站与工作面煤壁之间的距离为20m时，此时侧向支承压力的最大值同样在距煤柱采空区侧7m的位置，其值为10.6MPa，据此可知侧向支承压力的集中系数为1.16～1.29，煤柱极限平衡区的范围为0～7m，且侧向支承压力峰值位置相对稳定。

4 结语

根据150506工作面的地质条件，通过监测工作面回采期间的液压支架的工作阻力，得出工作面周期来压平均步距为18.4m，液压支架的动载系数表现为工作面两端头大、中部小的特征；通过现场实测得出工作面超前支承压力影响范围为0～50m，支承压力的峰值在工作面前方约13m的位置，集中系数为1.8～1.9；侧向支承压力峰值在在距煤柱采空区侧7m的位置，集中系数为1.16～1.29。