8406大采高工作面矿压显现规律及支架适应性研究

王 辉

(中煤第五建设有限公司 第一工程处，江苏 徐州 221006)

1 工程概况

四老沟矿8406大采高工作面分布在14号层404盘区，煤层厚度3.57～5.41 m，平均厚度4.2 m，煤层倾角3～5°，赋存稳定，地质构造简单，断层、褶曲及火成岩对开采影响不大。煤层顶板从下往上分别为平均厚度为0.5 m的泥岩(伪顶)、4.5 m的粉砂岩(直接顶)、16.7 m的细砂岩(老顶)，工作面两侧为未采区，采用一进一回通风方式。工作面回采方式为大采高一次采全高采煤法，采高4.2 m，工作面采用107架ZZ9900/29.5/50型支撑掩护式液压支架，额定工作阻力为9 900 kN。

为研究8406大采高工作面矿压显现规律，确定顶板来压的步距及强度，考察液压支架对围岩变化的适应性及控制效果，对工作面矿压显现规律进行实测研究，为工作面顶板管理提供了一定的技术参考[1-3]。

2 工作面矿压显现规律分析

2.1 测站布置

采用尤洛卡自动记录仪对工作面支架工作阻力进行监测，每5 min收集1次压力值。在工作面的10号、20号、30号、40号、50号、60号、70号、80号、90号、100号支架分别安设1台尤洛卡，共10条测线，基本呈均匀分布，记录工作面推进过程中支架压力变化情况。工作面测站布置如图1所示。

图1 工作面测站布置图

2.2 工作面矿压显现规律分析

根据采集的数据，以工作面推进距离为横坐标，支架工作阻力为纵坐标，绘制支架工作阻力随工作面推进的变化曲线。分别选取工作面上部、中部、下部一条测线对工作矿压规律进行分析。图2、图3、图4分别为1号、5号、10号测线(分别对应10号、50号、100号支架)的工作阻力随推进距离变化的情况，工作面来压步距及相关参数计算结果如表1所示。

图2 上部1号测线工作阻力随推进距离变化曲线

图3 中部5号测线工作阻力与推进距离变化曲线

由图2～图4及表1可知，工作面中部顶板压力要明显大于上下部压力，工作面上部、中部、下部基本顶初次来压的步距分别为56.9 m、54.3 m和57.8 m，平均为56.3 m，基本顶初次来压步距大，来压强度中部最强、下部次之、上部最弱。回采初期，工作面上覆岩层沿推进方向形成了长距离梁结构，且直接顶较硬，对维护基本顶的稳定性起到了很大的支撑作用，再加上基本顶岩层是由粉砂岩组成，结构致密，难以破断，动载系数最高达1.52。

基本顶的周期来压步距为13～25 m，平均为18.7 m。实测结果表明：无论是基本顶的初次来压，还是基本顶的周期来压，沿工作面方向并不是同时来压，而是呈现局部来压、迁移特征。基本顶初次来压和周期来压强度平均为1.44和1.42，顶板来压强度较大，属难管理顶板。

图4 下部10号测线工作阻力随推进距离变化曲线

表1 工作面来压步距参数

3 支架适应性分析

为研究液压支架对顶板的适应性，对支架的初撑力、工作阻力和时间加权平均阻力进行分析。

1) 提高支架的初撑力不仅可以减少顶板离层、增强顶板自身刚度、增加顶板的稳定性，而且可以减少工作面顶板端面破碎度以及煤壁片帮[4-5]。支架初撑力分布如图5所示，统计数据如表2所示。

图5 支架初撑力直方图

表2 支架初撑力统计

监测支架初撑力平均值为4 759 kN/架，与额定初撑力(7 734 kN/架)的比值为61.5%，相对较低，主要是因为工作面伪顶破碎导致支架上方出现空顶现象。应有效提高支架初撑力，维护工作面顶板完整性，从而使支架工作阻力得以保证。

2) 支架工作阻力分布如图6所示，统计数据如表3所示。

图6 支架末阻力直方图

支架末阻力平均值为5 097 kN/架，与额定工作阻力(9 900 kN/架)比值为51.5%，顶板来压时最大工作阻力9 495.8 kN/架，为额定工作阻力的95.92%.说明四柱支撑掩护式支架应能够满足工作面回采要求。

3) 支架时间加权平均阻力分布如图7所示，统计数据如表4所示。

表3 支架末阻力统计

图7 支架时间加权平均工作阻力直方图

表4 支架时间加权平均工作阻力统计

时间加权工作阻力平均值为4 896 kN/架，为额定工作阻力(9 900 kN/架)的49.5%.最大值为8 423 kN/架，相当于额定工作阻力的85%，说明支架支护阻力是充足的。

分析表明，ZZ9900/29.5/50型支撑掩护式液压支架能够满足8406大采高工作面顶板支护要求，但需进一步提高支架初撑力。

4 结 语

1) 工作面基本顶初次来压步距大，平均为56.3 m，平均来压强度1.44，来压强度中部最强、下部次之、上部较弱。实测表明，基本顶初次来压和周期来压，沿工作面方向不是同时来压，呈现出局部来压、迁移特征。

2) 通过对工作面支架的初撑力、末工作阻力和时间加权平均阻力的检测分析，ZZ9900/29.5/50液压支架对8406工作面适应性较好，能够满足工作面回采要求。