大采高综放采场矿压显现规律研究

白志飞

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

大采高综放采场矿压显现规律研究

白志飞

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

大采高综放开采技术是特厚煤层开采的新途径，它结合了大采高与放顶煤的特点；但在矿压显现规律上又不同于两者。文章根据神东保德煤矿8#煤层的赋存特性，对大采高综放工作面81300-2进行了矿压观测，并对采场的矿压规律及支架合理工作阻力等问题进行了研究。

大采高综放工作面；矿压显现规律；支架的合理工作阻力

1 工作面的基本概况

81300-2工作面位于8号煤层三盘区内，东为81300-1工作面（已回采），西为88301工作面（已回采），南为未开发煤体（现井田边界），北为辅助运输大巷；该工作面地面位置位于井田东南部，C K 3钻孔以南，西焉村以北，苏家里村（旧址）以东范围内。

81300-2工作面煤层平均厚度8.32m，倾角3°～9°，总体呈缓状背斜构造、局部起伏，地质构造较为简单，工作面巷道揭露范围内未发现异常地质构造。工作面沿煤层倾斜布置走向推进，沿8号煤底板回采，工作面倾斜长240m，走向长2445m，采高一般控制在4.0m，平均放煤高度4.32m，采放比为1∶1.08，采用一采一放平行作业双轮顺序放煤方式,即煤机从机头往机尾割煤时，从机头开始放煤，放到机尾停止；从机尾往机头割煤时，从机尾开始放煤，放到机头架停止； 端头架和排头架不放煤。工作面采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤方法，全部垮落法管理顶板。

81300-2工作面顶底板岩性特征：老顶为灰色-灰白色的细砂岩－中砂岩，平均厚度10m。直接顶为灰黑色的泥岩、砂质泥岩，平均厚度1.94m。伪顶为灰褐色的泥岩、炭质泥岩，平均厚度0.2m。直接底为灰白色的泥岩，平均厚度0.65m。

2 矿压观测方案与仪器布置

81300-2工作面总长240m，采用Z F T 10200/25/42D型两柱放顶煤电液控支架支护，共141台（工作面129台，端头支架1台，排头支架8台，过渡支架3台）。本次矿压观测设置支架工作阻力测区3个，头部测区（Ⅰ）、中部测区（Ⅱ）、尾部测区（Ⅲ）。头部测区对应15号和16号支架，中部测区对应72号和73号支架，尾部测区对应125号和126号支架。每个支架设置1台电脑圆图仪，共设置6台电脑圆图仪，监测6个两柱支架的左右立柱工作阻力。每个测区内布置测线2条，1条测线对应1个支架。监测区布置图，见图1。

图1 81300－2综放面矿压监测区布置图

3 工作面来压规律

通过实测支架的工作阻力推断来压步距。15号支架代表工作面的头部位置，72号支架可代表工作面的中部位置，125号支架可代表工作面的尾部位置。当工作面从开切眼推进53.7m～54.6m时，15号支架的工作阻力达到最大值9869.42k N，说明工作面头部初次来压，来压步距53.7m～54.6m，平均54.15m。当工作面从开切眼推进49.6m～51.2m时，72号支架的工作阻力达到最大值10027.31k N，说明工作面中部部初次来压，来压步距49.6m～51.2m，平均50.4m。当工作面从开切眼推进56.4m～58.5m时，125号支架的工作阻力达到最大值9967.83k N，说明工作面尾部初次来压，来压步距56.4m～58.5m，平均57.45m。观测期间，81300-2工作面推进了96.7m，出现了三次周期来压。初次来压及周期来压步距见表1。

表1 工作面观测支架来压步距

4 支架合理工作阻力的确定

（1）实测支架阻力：通过观测工作面6个实测支架在推进中的初撑力和末阻力的变化可知，初撑力与末阻力呈线性变化，末阻力值与初撑力值有关。工作面头、中、尾部位的15号、72号、125号支架荷载见表2。

表2 工作面支架工阻阻力统计表 /kN

（2）支护强度验算公式：采用经验公式计算：

式中：Pt为工作面合理的支护强度，k N/m2；h为采高，4.0m；γ为顶板岩石重力密度，取2.5t/m3；k为工作面支柱应该支护的上覆岩层厚度与采高之比，k=6.5。

（3）据对保德煤矿放顶煤开采研究主要结论，综放工作面顶板压力比综采工作面大1.2倍～1.3倍，故工作面合理的支护强度为

Pt1=(1.2～1.3)×637.65=（765.18～828.94）k N/m2.

液压支架工作阻力：

式中：Qs为液压支架额定工作阻力，k N/架；PH为支架支护强度，k N/m2；PH=Pt1=（765.18～828.94）k N/m2；Bc—支架控顶距，最大控顶距为6.26m；Sc为液压支架中心距，m；Ks为液压支架支护效率，支撑式支架取0.9～0.95。所以 Qs=(765.18～828.94)×6.26×1.75÷0.9=（9313.94～10090.10）k N/架。经计算所需要支架工作阻力为9313.94k N/架～10090.10k N/架，81300-2工作面采用中煤北京煤矿机械有限责任公司的Z F T 10200/25/42D型两柱放顶煤电液控支架工作阻力 10200k N/架 >（9313.94～10090.10）k N/架，符合要求。

5 结论

（1）81300-2大采高综放工作面顶板周期来压现象较明显，工作面头、中、尾的来压步距差别不很明显，顶板的初次来压步距均值为54.15m，周期来压步距平均为14.6m。（2）81300-2大采高综放面初撑力均值5786.92k N，占额定值(7145k N)的84.61%；循环末阻力均值7246.36k N，占额定值 (10200k N)的72.54%，初撑力满足支护要求，末阻力有较大富余。工作面除局部片帮外，支架支护效果良好。（3）81300-2大采高综放面所选择的液压支架（Z F T 10200/25/42D型），支护效果良好。

[1]钱鸣高，刘听成.矿上压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社，1991.

[2]闫少宏，富强.放顶煤开采顶煤与顶板活动规律研究[D].北京：中国矿业大学，1995.

[3]闫少宏，尹希文.大采高综放开采几个理论问题的研究[J].煤炭学报，2008，33（5）：481-485.

[4]吴健.我国放顶煤开采的理论研究与实践[J].煤炭学报，1991，16（3）：1-11.

[5]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，2006：6-8．

Study on Strata Behavior in Largemining Heightmining Field

BAI Zhi-fei
(College o fm i n i n g E n g i n e e r i n g,T a i y u a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,T a i y u a nS h a n x i 030024)

L a r g e-m i n i n g-h e i g h tf u l l y-m e c h a n i z e dm i n i n gt e c h n o l o g yi sn e wf o rm i n i n ge x t r a-t h i c k s e am,w h i c hc om b i n e sf e a t u r e so f t h el a r g e-m i n i n g-h e i g h tm i n i n ga n dc a v i n g,b u t t h es t r a t ab e h a v i o ri s d i f f e r e n t f r omt h o s et w o.T h ea r t i c l ei sb a s e do nt h ee x i s t i n gc h a r a c t e r i s t i c so f N o.8s e ami nB a o d em i n e,g r o u n dp r e s s u r e o b s e r v a t i o no nt h e 81300-2w o r k i n g f a c e w a s c a r r i e do u t.T h e s t r a t a b e h a v i o r a n ds u p p o r t i n g r e a s o n a b l e r e s i s t a n c e a r e s t u d i e d.

l a r g e-m i n i n g-h e i g h tf u l l y-m e c h a n i c a lw o r k i n gf a c e;s t r a t ab e h a v i o r;r e a s o n a b l ew o r k r e s i s t a n c e o f s u p p o r t

T D 322

A

2011-09-27

白志飞（1984—），男，山西忻州人，在读硕士研究生，从事大采高综放矿压显现规律方面的研究。

徐树文