大采高综采工作面矿压显现规律研究

呼志平

摘要：近年来，随着技术的进步，越来越多的大采高工作面出现，而且人们对大采高工作面矿压规律的研究逐步深入。采高的逐渐增加，使工作面矿压显现出现质的变化，矿压显现更强烈，不但对矿压理论的研究提出挑战，而且对工作面支护设备提出更高的要求。文章根据某煤矿工作面的开采实践，对该地质条件的矿压规律进行研究，以供参考。

关键词： 大采高; 矿压显现; 来压步距; 矿压规律

随着我国采矿技术的发展，厚煤层综采已经成为了主要发展方向。大采高综采是3. 5 ～ 6 m的煤层进行一次采全高的采煤方式，与分层开采相比，大采高综采具有生产效率高、巷道布置简单、巷道易于维护、设备搬家次数少等优点，能够取得更好的综合经济效益。

1综采工作面系统的组成

综合机械化采煤工作面完整的成套设备由以下几个系统组成：

（1）工作面内的采、支、运系统——有采煤机械、液压支架、刮板输送机和端头支护设备

（简称“三机”）;（2）运输平巷内的运煤系统——有转载机、破碎机、可伸缩胶带输送机;（3）液压系统——有乳化液泵、乳化液溶箱及其進、回液主管路;（4）控制指挥系统——有控制台、声光信号、扩音电话及其线路;（5）供水系统——有冷却水、喷雾泵、水箱及其进出、水管路;（6）供电系统——有高压供电线路及其连接器和开关、移动变电站、低（中）压配电开关群及其分支供电线路。这六个系统的设备是搞好综合机械化采煤必不可少的装备，必要时还应配设;（7）

照明系统——有工作面及平巷的照明灯具及其线路;（8）辅助设备——有液压安全绞车、调

度绞车、电钻、排（污）水泵等;（9）辅助运输设备——有卡轨车或单轨吊及其附属设备。

2煤层地质情况

1.1 煤层结构特征

某煤矿煤厚最大值为9.03 m，最小值为4.77 m，平均厚度为6.91 m，一般含夹矸1～4 层，夹矸厚度在0.1～1.0 m 之间，属复杂结构煤层。在全井田范围内可采性指数为1，煤厚变异系数为13.30%，属稳定全区可采煤层。

1.2 煤层顶底板岩性

基本顶：属石灰岩，厚12.7 m，灰色，致密，坚硬，裂隙发育，充填物为方解石脉，含动物化石，中间夹两层黑色泥岩;直接顶：属泥岩，厚0.85 m，黑色，致密，性脆;直接底：属

泥岩，厚0.95 m，灰色，含植物化石;基本底：属细砂岩，厚5.3 m，灰白色，坚硬，具有水平层理。

3某煤矿工作面概况

3.1主要技术参数

工作面走向长1 023 m，倾斜长220 m，煤层厚度为6.35～6.60 m，平均厚度为6.51 m，开采存储量为1.866 Mt。本工作面总体为一向斜构造，局部发育有次一级的向、背斜构造。煤

层倾角为1～13°，平均倾角为6°。工作面为15#煤一次采全高，采用走向长壁一次采全高综采自动化采煤法、全部跨落法管理顶板。工作面沿煤层顶、底板推进，平均采高6.5 m，循环进度为0.8 m。

3.2巷道布置和断面特征

该工作面采用一进两回开切巷加走向高抽巷的方式布置。其中进风巷（5.4 m×3.6 m）、回风巷（4.6 m×3.6 m）、切巷（9.5 m×4.5 m）沿15#煤上层布置，内错尾巷沿距15#煤层顶板上方8～11 m 的泥岩布置，走向高抽巷沿K4 灰岩下部的泥岩布置，距15#煤层顶板60～66 m。

4工作面矿压观测方案

4.1 支架内部受力观测

支架采用的是电液控制系统，改控制系统是计算机与控制技术、检测技术和液压技术综合一体化的新技术，此系统提高了支架控制操作的自动化程度。通过汇集来自工作面支架控制

器采集的数据和参数，并随时调用、显示这些数据参数，可监视支架的工况和动作状态，分析每天或每班支架前、后立柱的初撑力、工作阻力，还可计算平均值。

4.2 液压支架立柱阻力观测

工作面的测站布置要具有代表性，应能反映出整个工作面的实际情况。根据矿压观测内容来合理确定工作面测站的布置，可在采面内每间隔一定距离设置一个测站，并以测站内的支架

作为观测线。

5工作面初次来压的显现特征

从支架压力的在线监测和井下实际观测表明，工作面老顶来压的强度增大、步距缩短、工作面来压不同步现象明显，工作面中部初次来压步距比工作面两端头小，来压强度比两端头大。

6工作面正常回采期间的矿压显现规律

某煤矿工作面周期来压步距平均为13.5 m，平均动载系数为1.25. 动载系数较小，且无冲击载荷，说明基本顶的失稳对工作面影响程度较小。这是由于大采高工作面顶板变形位移大，部分原来的基本顶变为直接顶，随支架前移及时垮落，垮落顶板的垫层加厚，使动载系数减小，且无冲击性。

7工作面支架载荷频率分布

随着工作面的推进，每个循环内支架的工作阻力大小会因支架操作质量、顶板动态变化和控顶效果的影响而变化，并且在综采面不同部位，其阻力大小也有差异，这反映了工作面顶板压力大小、支护效能的发挥程度和支架的适应性。

支架循环末工作阻力分析为：循环末工作阻力大多分布在28～37.5 MPa（即7 760～10 393 kN）之间，占总数的74.36%;<28 MPa 的占总数的14.83%，>37.5 MPa 的占总数的11.18%. 总体来说，支架支撑能力比较适中，特别在顶板来压时，大多数支架的工作阻力都接近初撑力。

8矿压分析总结

工作面支架初撑力基本上呈正态分布，初撑力基本在2 000～10 000 kN 之间，平均初撑力在7 516～8 542.5 kN 之间，占额定初撑力的57%～70%. 平均初撑力在6 000 kN 以上的比例占71.4%.支架初撑力在一定程度上决定着支架工作阻力的运行状况，满足设计要求的初撑力可供支架较快地达到额定工作阻力，可改善支架与围岩的关系。这一关系显示了其以静载荷为主的特征，岩体结构的失稳对采场支架无明显影响。工作面的推进速度能很好地促进顶板管理和工作面的回采率， 反之，则会给工作面的管理带来一定的困难。

参考文献：

[1]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.

[2]宋朝阳. 寺河矿大采高采场矿压规律研究[J]. 矿山压力与顶板管理， 2005，4

[3]弓培林. 大采高采场围岩控制理论及应用研究[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2006.

（作者单位：陕西煤业化工集团孙家岔龙华矿业有限公司）