摘要：目前，我国已经普遍采用综采工作面采煤.但是，由于受到地质条件的影响，综采工作面尺寸各不相同，随之而来的是各个矿井工作面的矿压显现规律各不相同.在此，我们对不同尺寸的工作面从采高和长度两方面与矿压显现特点进行研究总结，为今后的矿井综采面工作提供更加详细，贴近的参考.这样，在薄煤层中，我们侧重考虑工作面长度变化的影响；在中厚煤层中，则综合两方面考虑，根据不同的工作面尺寸来参考预报矿压显现情况，这将在一定程度上为采煤工作带来有力的依据和安全、经济的保障。
关键词：浅埋煤层；综合机械化采煤；矿压监测；矿压显现。
1.地质概况
综采工作面，煤层发育良好，地质构造简单，无夹矸，无大的构造，整个煤层呈一单斜构造。煤层稳定，煤层厚度为1.9～4.08m，平均为3.4m，煤层倾角2～29°，平均18°，属缓倾斜～倾斜煤层。工作面平均走向长4957m，工作面平均长255.7m，埋深平均为110m，基岩层厚度平均为14m，载荷层厚度平均为76m，基载比为0.18，顶板为典型的单一关键层浅埋煤层结构。
1.1.综采放顶煤开采的发展历史
放顶煤采煤法由来已久。法国、苏联、南斯拉夫等国家于20世纪40年代末50年代初即开始应用放顶煤采煤法。1957年苏联研制出KTY型放顶煤支架，并在库兹巴斯煤田的托姆乌辛斯矿使用。1963年法国研制出“香蕉”行放顶煤支架，并与1964年用于法国布朗齐矿区的达尔西矿，试验取得成功。之后英国、法国、南斯拉夫、匈牙利等国家都相继引进了这一技术。综放开采曾一度成为东欧地区厚煤层开采的主要方法，但是由于各种原因，欧洲使用综放开采技术并没有取得很好的技术经济指标。80年代中期以后，国外放顶煤开采有所萎缩，90年代后只有极少数矿井仍在使用。
我国50年代初曾在开滦、大同、峰峰和鹤壁等矿区采用放顶煤采煤法。1982年引进了综采放顶煤技术，并于1984年在沈阳蒲河矿开始工业性试验。由于该采煤方法具有掘进率低、效率高、适应性强以及易于实现高产等明显优势，二十多年来，在我国得到了迅速发展。80年代末90年代初，我国综采放顶煤技术已走在世界前列，并已向国外输出综放开采的成套技术
2.工作面监测方案设计
2.1工作面矿压监测的目的
在浅埋煤层工作面开采过程中实施支护质量与顶板动态监测，主要监测目的为：
1）掌握浅埋煤层工作面回采过程中的综采液压支架的受力状况与顶板的来压规律，为浅埋煤层工作面的支架选型和设计及支护强度确定提供依据[1~2]；
2）分析顶板来压规律，实现顶板来压步距和来压强度预报，为合理的顶板控制提供依据[3~4]；
3）掌握巷道受工作面采动影响时围岩变形的基本规律，为确定动压条件下回采巷道支护方法和合理支护参数提供依据[5]；
4）掌握工作面超前采动影响范围和超前支承压力高峰区域，确定工作面巷道的超前加强支护距离及对应支护技术措施。
2.2矿压监测的流程
监测的内容包括综采支架支护阻力、工作面两巷超前单体支柱支护阻力、巷道顶板离层情况、巷道围岩表面变形情况，监测流程如图1所示。
图1 矿压监测流程图
2.3工作面测站布置
工作面每台支架安装1台PM31电液控制器，对支架的工作阻力、供液压力等自动监测记录。由主控制箱将监测数据经井下环网传输至地面调度室，安排专人进行数据采集分析处理，及时掌握工作面初次放顶步距、周期来压步距及最大来压强度等矿压参数。
2.4工作面两巷测站布置
为研究工作面两巷受采动影响时，顶板、两帮及煤壁变形及应力分布状况，在工作面两巷分别布置超前支护监测设备、顶板离层监测设备.
3工作面矿压实测结果及矿压显现规律分析
3.1工作面实测结果分析
工作面监测的综采支架为ZY7000/19/40型2柱掩护式液压支架，工作面共有支架170架，通过对10#、90#和155#支架PM31的测量数据进行分析，得出10#、90#和155#支架工作阻力变化趋势图。
图3 10#支架工作阻力变化趋势图
根据以上实测的支架工作阻力分布情况可知：
（1）综合实际可知，工作面初次来压步距为47m。
（2）通过对10#、90#和155#支架工作阻力变化曲线进行分析，综合日推进度、工作面直线状态等多方面因素，确定工作面来压周期为2～4天，平均3天，来压期间工作面平均最大工作阻力为31.0Mpa，周期来压步距为20～30m，平均25m。
3.2沿工作面倾斜方向来压显现特征分析
受煤层倾角、开采边界条件、回采工艺、煤岩赋存条件及支护质量等因素的影响，沿工作面倾斜方向顶板压力在各个支架PM31显示各不相同，根据实测结果，通过对监测数据整理分析后得到工作面倾斜方向的工作阻力分布趋势如图6、7所示。
支架工作阻力分布
通过分析液压支架的压力发现，不论来压与否，顶板压力沿工作面倾斜方向呈规律性分布，压力分布特征为中部大，两端较小，并且压力较高区域多分布在第60#～120#支架之间。
究其根本原因，板OX形破断及两端的弧三角形决定了来压必然是中部大两端小，两侧随推进受弧三角板的保护来压结束比较早。在工作面未推进到的情况下，顶板经历卸压过程，说明顶板结构在运动过程中能达到相对稳定。
4工作面两巷矿压监测结果分析
4.1超前支护段单体支柱支护实测结果及分析
为监测超前支护段单体支柱支护质量，在工作面回风巷和运输巷距离工作面20m左右的范围内，在超前支护单体支柱上安设工作阻力监测仪，自动记录数据，并由监测人员采集。经过对4个数字压力计监测收集到的数据进行分析处理后，得工作面两巷超前支护单体支柱工作阻力变化趋势.
4.2两巷表面位移监测
通过对所有采集的数据进行处理分析后，安装的6个顶板离层仪都几乎没有发生变化，只有距离工作面50m的顶板离层仪稍有变化，且顶板最大累积离层量不超过5mm，说明工作面采动对顶板结构的影响甚微。
5结论
（1）工作面老顶初次来压步距为47m，周期来压为20~30m，平均25m，来压期间矿山压力显现剧烈，工作面压力呈现明显的两头小、中间大的规律，顶板来压步距相对较大，相比深埋煤层，来压期间矿山压力增大幅度较大，矿压显现较剧烈。
（2）超前工作面6~15m范围内，超前压力迅速增加，峰值出现在距离煤壁6~15m的位置，应力值为24.5MPa，在这个区域应加强支护；
（3）浅埋煤层工作面运输平巷和回风平巷顶板几乎无离层，，且顶板最大累积离层量不超过5mm，巷道表面位移很小。
（4）.老顶压力及由此产生的支架最大工作阻力的主要因素是采高，其次才是直接顶层岩层的岩性。
（5）采高越大老顶来压活动就越复杂。来压活动复杂说明变化幅度大，因此，采高也是决定来压步距变化幅度和支架最大工作阻力变化幅度的决定因素。
（6）根据老顶压力与支架最大工作阻力关系式得出在机道及支架上方的直接顶完好的情况下，老顶来压时产生的压力主要作用于支架上方的直接顶和煤壁上，作用在支架上只有很少一部分。
参考文献：
[1] 黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000。
[2] 李凤仪，梁冰，董尹庚.浅埋煤层工作面顶板活动及其控制[J].矿山压力与顶板管理，2005。
[3] 原国政.矿压监测在顶板安全管理中的应用[J].煤炭工程，2006。
[4] 万世文，韩玉明等.KBJ-60Ⅲ型数字压力计在综采工作面矿压监测中的应用[J].煤炭工程，2004。
[5] 王福.万利矿区浅埋煤层长壁开采矿压显现规律[J].陕西煤炭，2007。
论文作者:王伯文
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/25
标签：工作面论文; 顶板论文; 煤层论文; 支架论文; 阻力论文; 超前论文; 压力论文; 《基层建设》2018年第15期论文;