15104大采高综采面矿压观测与规律分析

尹彬彬

(潞安矿业集团 古城煤矿，山西 长治 046000)

近年来随着煤矿开采规模的不断扩大，工作面煤壁片帮、顶板破碎现象更加剧烈，严重影响工作面生产安全[1-3]，不同的地质条件下，大采高综放工作面具有不同的矿压显现规律[4-6]。本文以15104大采高综采工作面为研究对象，对矿压规律进行实测分析，为工作面后续回采提供生产指导。

1 工程概况

寺家庄煤业公司隶属阳煤矿业集团，位于沁水煤田的东北边缘，生产能力450万t/a。15104工作面为矿井首采工作面，推进长度1 817 m，面长240 m，工作面埋深430～507 m，开采15号煤层，煤厚4.3～7.1 m，平均厚度5.5 m，煤层倾角3～15°，平均倾角7°，工作面伪顶为碳质泥岩，厚0.3 m，直接顶以砂质泥岩为主，厚2.5 m，较稳定，性脆易碎，基本顶以中粒砂岩为主，厚7 m，致密坚硬、层理明显。工作面采用大采高一次采全高采煤方式，采高5.4 m。由于工作面矿压显现强烈，煤壁片帮严重，工作面产量的提高受到极大制约。

2 工作面矿压显现规律

2.1 测点布置

工作面选用138架ZY8000-26/56型掩护式液压支架，支撑高度2.6～5.6 m，支架中心距1.75 m，额定工作阻力8 000 kN，支护强度0.98～1.01 MPa。在工作面总共安装测力仪13台，分别记录工作面上、中、下部支架压力，工作面测站布置情况如图1、表1所示。

图1 15104工作面平面图

表1 工作面测站布置情况

2.2 工作面来压特征分析

根据工作面支架监测数据，对工作面来压参数进行统计，如表2所示。

由表2可知，工作面下部直接顶初次垮落步距15～19 m，平均垮落步距16.55 m，工作面下部老顶初次来压步距35.7～37 m，平均来压步距为36.2 m，周期来压步距16.4～18 m，平均17.23 m，来压持续距离2.9～6.9 m，平均4.28 m，持续时间约2 d，动载系数在1.25～1.62之间，平均1.43，工作面下部各测站来压基本同步；工作面中部直接顶初次垮落步距13.1～17.7 m，平均15.58 m，老顶初次来压步距31.3～37 m，平均33.62 m，周期来压步距16.3～18 m，平均17.22 m，来压持续距离2.2～5.8 m，平均3.68 m，动载系数在1.33～1.88之间，平均1.53；工作面上部直接顶初次垮落步距15.3～19 m，平均17.13 m，老顶初次来压步距36.1～39.7 m，平均37.78 m，周期来压步距15.5～21.17 m，平均18.85 m，来压持续距离3.2～4.7 m，平均3.83 m，动载系数在1.3～1.61之间，平均1.48。

表2 工作面支架来压参数

综上所述，工作面中部支架受力比工作面上部、下部大，中部顶板来压步距较小，工作面顶板仍为“O-X”破断形式。

3 大采高支架承载特征及适应性分析

为研究液压支架承载特征，对支架的初撑力、工作阻力和时间加权平均阻力进行分析。分别选取24号、46号、112号架对工作面不同区域工作阻力进行分析，如图2、图3、图4所示，表3为工作面支架载荷分布统计。

图2 工作面下部24号支架载荷分布图

图3 工作面中部46号支架载荷分布图

图4 工作面上部112号支架载荷分布图

分析可知：

1) 由图2～图4可知，工作面初撑力呈双正态叠加分布特征，初撑力在5～10 MPa、20～25 MPa之间占比较高，初撑力达到25 MPa以上总体平均占比17.12%.

2) 由图2(b)可以看出，工作面下部支架的工作阻力呈正态分布状态，受力较为正常。图3(b)显示工作面中部支架所受压力偏大，其中支架工作阻力大于35 MPa占比达到20%以上，表明支架处于极限受力状态。

3) 由图4(c)可以看出，工作面上部支架末阻力大于35 MPa占比较工作面中下部低，说明工作面上部顶板压力相对较低，在工作面现场，中下部支架基本能适应工作面顶板来压。

4 结 语

1) 15104工作面中部支架受力比工作面两端大，中部顶板破断歩距比工作面两端小，顶板破断形式仍为“O-X”破断形式。

表3 工作面支架载荷分布

2) 15104工作面支架初撑力分布呈双正态分布状态，初撑力达到25 MPa以上比例偏少，应加强支架操作和泵站管理；由于工作面中部支架受力较大，工作阻力大于35 MPa的比例偏大，需加强工作面顶板管理。