浅埋深7米采高工作面矿压规律与支架适应性研究论文_王鑫

摘要：通过对大柳塔煤矿52煤大采高综采工作面矿压显现、支架工作阻力、运转特性进行现场观测记录与分析，对工作面矿压规律进行研究，来判断初次来压与周期来压步距与强度以及上覆岩层情况。同时对支架支护性能进行分析，为该条件下支架选型的合理性提供理论依据。

关键词：大采高工作面；矿压显现；周期来压；支护性能

Study on mine strata law and powered support suitability of high cutting coal mining face with shallow mining depth

LI Ming li

（Daliuta Coal Mine，Shenhua Shendong Coal Group Co，Ltd，Shenmu 719315，China）

Abstract：Through the field observation record and analysis of mine strata behaviors，support working resistance and operation characteristics of 52 coal fully-mechanized coal mining face in Daliuta Coal Mine，we study the mine strata law of the working face，and determine the pressure and the intensity of the initial pressure and the pressure and the overlying strata.At the same time，the support performance of the supports is analyzed，which provides a theoretical basis for the rationality of support selection under this condition.

Key word：High cutting coal mining face，Mine strata behaviors，Periodic weighting，Supporting performance

引言

浅埋深煤层大多分布在我国西部地区，且煤层厚度大，顶板体现单一主关键层结构特征。在回采的过程中，与一般采高相比，特大采高工作面煤壁片帮、顶板下沉严重，矿压显现剧烈。本文以大柳塔煤矿52501工作面7m大采高为背景，对工作面液压支架工作阻力进行实测、分析，总结出矿压显现规律并对支架适应性进行分析。为本矿52煤其他工作面的后续回采工作提供参考。

1 工程背景

大柳塔煤矿52501工作面走向长度4613.4m，倾向长度279.2m，倾角1～3°，煤层厚度平均7.35m，采高7m，全部垮落法管理顶板。工作面上覆基岩主要有中下侏罗统延安组地层，厚度为70m～140m，基岩厚度从切眼到回撤通道逐渐递增。地表大部分为第四系松散沉积物覆盖，在郭家坡处有基岩裸露，工作面埋深平均150m。工作面顶底板情况如表一所示。

表1 工作面顶底板情况

2 工作面矿压观测方案

2.1 观测工具

52501工作面液压支架在左右立柱上安装有压力传感器，利用网线把支架PM32上显示的压力数据传至控制台，压力传感器上的数值即为支架初撑力，当循环末在采煤机割煤前从压力传感器上读出的数值即为支架最大的工作阻力。

2.2 测区布置

在工作面140台液压支架上每隔5架布置一个测点，将测点布置在5#、10#、15#、20#、25#、…135#、140#支架上，工作面共布置了28个测点。从工作面上部运输顺槽机头起，沿工作面分为5个测区。上部5#-20#架为测区1，中上部25#-50#架为测区2，中部55#-90#架为测区3，中下部95#-120#架为测区4，下部125#-140#架为测区5。

图1 工作面测区布置示意图

2.3 研究方法

通过对支架的工作阻力分布、支架载荷的频度、运转特性、支护性能的分析，结合生产现场记录工作面顶板来压期间的煤壁片帮程度、顶板漏矸、支架立柱下沉、安全阀开启程度等现象，共同分析研究综采工作面矿压规律和支架适应性。

3 工作面矿压显现规律分析

52501工作面从开切眼初采开始到推进220m范围内，进行矿压数据的收集和分析。以各测区实测工作阻力的平均值加其1倍均方差σ视为来压的判据。用大于判据的峰值点来确定老顶来压的位置、性质，得出工作面初次来压步距与周期来压步距。以动载系数（即来压时工作阻力平均值与来压前工作阻力平均值的比）判断老顶周期来压的强度。动载系数愈大，周期来压愈强。

3.1 初次来压和周期来压数据分析

各测区支架工作阻力与来压关系曲线图如下所示。

图a 测区1支架工作阻力变化曲线

图e 测区5支架工作阻力变化曲线

图2 工作面各测区支架工作阻力变化曲线

由以上五个测区支架工作阻力情况及来压判断标准，得出工作面各测区周期来压数据，如表3所示。

表3 综采工作面各测区周期来压数据

3.2 工作面矿压规律分析

（1）工作面初次来压步距72～82m，中部先来压，上下两端后来压，来压持续距离3.4～6.8m.初次来压之前，液压支架工作阻力普遍较小，大部分在7600kN左右，初次来压时工作阻力明显上升。

（2）工作面周期来压的分布很不均匀，有的先来压，有的后来压，离散性大。其中工作面两端头上部和下部周期来压步距大，在12.2m～26.7m，平均步距分别为19.7m、19.8m。工作面中部、中上部、中下部周期来压步距介于8.4m～24.2m，平均周期来压步距分别为14.8m、15.9m、16m。按平均值来说，工作面上、下部测区来压步距较长，而中部、中下部、中上部来压步距相对较短。

（3）周期来压时的影响范围也不均匀。影响范围上，上部2.5m～6.8m，平均5.1 m；中上部3m～7.5m，平均 4.6m；中部2.8m～7.8m，平均4.5m；中下部2.8m～8.5m，平均5m；下部3.4m～7.2m，平均5.5m。各测区周期来压影响范围平均值为4.5～5.5m，平均4.9m。

（4）周期来压时矿压显现强度不同。在周期来压期间，工作面上、下部测区平均工作阻力分别为9622kN、9764kN，动载系数平均值分别为1.17、1.18；液压支架支柱无下沉，安全阀未开启。工作面中部、中上部、中下部测区平均工作阻力分别为14716kN、14009kN、14150kN，动载系数平均值分别为1.37、1.37、1.35。此时，大部分液压支柱有明显下沉，安全阀部分开启。可见，工作面上、下两端头区域来压时工作阻力、动载系数远远小于中部、中上部、中下部三个区域，矿压显现不明显。而工作面中部、中上部、中下部20#～120#区域来压最明显，动载系数很大，矿压显现非常剧烈。

4 支架工作性能分析

4.1 支架运转特性分析

支架的增阻情况如实的反映了支架的运转特性。支架增阻次数及增阻量的大小，反映了支架的支护效果、工作状况以及工作面顶板的破坏程度。支架增阻曲线类型如图3所示。

图3 支架运转特性曲线

对现场实测数据进行统计分析可作出各测区支架运转特性分布情况，进而对支架运转特性进行更直观的分析，如表4所示。

表4 各测区支架运转特性分布情况

由表4可知，综采工作面沿倾向的不同位置支架的增阻情况大致相同，但工作面第三测区，即中部测区降阻和恒阻所占比例相对来说较小，而一次增阻所占比例相对较大；第一测区和第五测区，即接近工作面两端部位降阻和恒阻所占比例相对较大，而一次增阻所占比例相对较小；由此可以进一步说明初次来压和周期来压时工作面中部矿压显现非常剧烈，从中部向两端矿压剧烈程度逐渐减弱。

由工作面支架运转特性所占百分比总体来看，综采工作面支架运转特性主要是一次增阻型，占整个测区的52.4%，所以可以推测出该综采工作面覆岩表现为单一关键层结构。

4.2 支架支护性能分析

支架工作阻力的大小在时间和空间上都会有不同的变化。通过观测支架受力状况，分析支架设计的合理性和可靠性。

如在走向方向上，由于煤层顶底板条件的变化，支架操作质量等原因，支架工作阻力在每个循环过程中都会不同；在倾斜方向上，支架工作阻力会由于两端顺槽的影响而表现出中部大两边小的现象。以下各图为综采工作面各测区支架工作阻力的分布情况。

图4 支架工作阻力频率分布直方图

由图4各个测区支架工作阻力分布图中可以很明显的看出，工作面5个测区支架工作阻力集中在8000kN-12000kN，分别占各自测区的70.5%、75.5%、68.9%、76.9%、70.3%，占全工作面的72.4%。工作阻力为额定工作阻力的44.4%-67.7%，远远小于额定工作阻力。

工作面5个测区支架工作阻力大于额定工作阻力67.7%（12000kN）以上的分别为：0%、13.9%、24.9%、14.1%、1.1%，占全工作面的8.9%。显然，工作面上、下两端支架工作阻力普遍小于中部支架工作阻力，从工作面中部向机头机尾逐渐减小，第1和第5测区受保护煤柱影响较大。

工作面5个测区支架工作阻力大于额定工作阻力77.8%（14000kN）以上的，只有中间三个测区，占整个区间的的2.0%。由此可见，工作面中部来压比较剧烈。

从整体上分析可知，工作面支架工作阻力分布频率大致符合正态分布，但是高的工作阻力出现的频率较低，表明支架工作阻力利用率不高，工作面支架工作阻力总体上非常富裕。

5 结论

（1）52501综采工作面初次来压步距约77.4m，周期来压步距平均约17.2m，持续距离平均为4.9m。

（2）工作面周期来压分布具有不均衡性和不同步性，有的地方先来压，有的地方后来压，离散性较大。工作面中部、中上部、中下部20#-120#支架范围内工作阻力、动载系数、一次增阻均远大于其他测区，且矿压显现明显，来压最为剧烈。工作面上下两端头20架范围内受保护煤柱影响较大，周期来压不明显。

（3）工作面支架运转状况非常稳定；在支架运转特性分析中，一次增阻型占整个测区的52.4%，说明该综采工作面支架运转特性主要是一次增阻型，上覆岩层表现为单一关键层结构。

（4）工作面支架工作阻力分布频率大致符合正态分布，但是高的工作阻力出现的频率较低，表明支架工作阻力利用率不高，总体上非常富裕。采用该型号液压支架，工作面也未发生过较大的工作面漏顶事故，充分说明大支撑阻力的液压支架更有利于顶板支护，所以选择ZY18000/32/70D型号液压支架是十分可行的。

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作者简介：

王鑫（1987.10-）男，民族汉，山西省运城市人，2008年7月毕业于郑州市国防科技学校，现在为大柳塔煤矿综采五队办事员，从事煤矿生产一线工作。

论文作者:王鑫

论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期

论文发表时间:2020/3/16

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