“三硬”薄煤层综采工作面矿压显现规律研究

宋冠忠，孔 文，张思平

（山东裕隆矿业集团唐阳煤矿， 山东济宁市 272000）

“三硬”薄煤层综采工作面矿压显现规律研究

宋冠忠，孔 文，张思平

（山东裕隆矿业集团唐阳煤矿， 山东济宁市 272000）

对山东某煤矿10902工作面支架工作阻力进行监测，结合其监测数据，分析了其支承压力分布规律，详细阐述了其初次来压、周期来压及其强度，支架工作阻力等情况，从而为液压支架选型及其参数确定、采煤工艺优化等提供合理的技术支撑。

薄煤层；矿压显现；综放开采；周期来压；支架工作阻力

目前，国内学者在薄煤层矿山压力显现规律方面做了较多研究，并取得了丰富的经验，但对“三硬”薄煤层综采工作面超前支承压力分布规律的研究较少。本文通过对山东某矿10902工作面矿压的观测，掌握了薄煤层综采工作面的矿压显现基本规律，从而为同类型地质条件下的煤层回采积累技术经验。

1 矿山工作面概况

山东某煤矿10902工作面走向长980m，平均倾向长145m，所采煤层平均厚度为1.09m，煤层硬度系数f为2～3，容重为1.6t／m3，煤层结构简单，煤层倾角为12°～14°，埋深约273～347m。工作面煤层顶板为L1－2灰岩，厚度10.4m，工作面直接底为本溪组铝土泥岩，平均厚度9.18m，老底为奥陶系灰岩，平均厚度130m。

为监测10902工作面液压支架在工作过程中的实时压力状态，在井下安装YHY60（B）矿用本安型数字压力计，用于综采工作面支架工作阻力的监测，仪器工作原理如下：系统压力分机具有2个压力测孔，可同时测量支架左右支柱压力，并连续记录在压力计内，该工作面共设置1＃、2＃、3＃、4＃共计4个分机，使用1台采集器进行采集，采集器携带至井上后通过无线通讯适配器将数据自动地传送到计算机处理。

2 薄煤层综采工作面矿山压力规律分析

自2010年10月25日9时至2010年11月25日10时，工作面从距离开切眼58m推进到94.54 m，经历了59个循环。监测仪器分别安装在工作面第9＃、30＃、50＃、72＃支架，分别对应工作面上部、中上部、中下部和下部。

2.1 顶板周期来压的判别

周期来压分析以支架的平均循环末阻力与其均方差之和作为主要判断指标。各支架来压判据计算结果见表1。

表1 基本顶周期来压判据

从支架平均循环末阻力统计中（见表2）可以看出，工作面上部、中部以及下部支架循环末阻力分别为30.39MPa（2513.47kN）、25.91MPa（2142.94 kN）、21.84MPa（1806.32kN）。可以看出，工作面上部循环末阻力较大，中部次之，下部最小。支架循环末阻力的平均值为26.01MPa（2151.21kN），约为支架额定工作阻力3300kN的65.19%。

表2 支架平均循环末阻力统计

分析支架循环末阻力曲线如图1所示。从图中可以看出，在工作面从58m前后推进至94.54m前后基本顶共来压5～6次，来压步距见表3，且工作面周期上部来压步距较小，下部来压步距较大，来压持续时间不长，强度也不大，工作面周期来压步距约为3.78～11.97m，平均6.62m。

图1 各支架循环末阻力曲线

表3 各支架顶板周期来压步距统计

2.2 支架初撑力分析

根据实测循环初撑力绘制循环初撑力曲线，如图2所示。从图中可以看出，支架的初撑力距其额定初撑力差距较大，且支架初撑力波动范围较大，最高达到30.5MPa，最低只有1.5MPa。9＃、30＃、50＃和72＃支架的平均初撑力分别为19.02MPa（1573.09kN）、16.93MPa（1400.23kN）、17.44 MPa（1442.41kN）和11.95MPa（988.35kN），分别为额定初撑力31.5MPa（2600kN）的60.38%、53.75%、55.37%和37.94%。支架总体平均初撑力为16.34MPa（1351.43kN），为额定初撑力的51.86%，支架的平均初撑力偏小。

从初撑力的分布来看，工作面上部支架初撑力最大，中部次之，下部最小，这与支架末阻力分布较为一致，说明液压支架的支撑力与顶板压力的同步性，更加说明了提高支架初撑力的重要性。

3 结 论

（1）由现场分析可得，工作面初次垮落步距为15～20m，平均为18m。工作面从58m前后推进至94.54m前后基本顶共来压5～6次，监测支架来压较为明显，但持续时间较短。工作面上部、中部、下部周期来压步距分别为6.46，6.66，6.55m，相差不大，强度也不大。工作面周期来压步距为3.78～11.97m，平均为6.62m。

图2 各支架循环初撑力曲线

（2）所有监测支架平均循环末阻力为26.01 MPa（2151.21kN），约为支架额定工作阻力39.9 MPa（3300kN）的65.19%。其中工作面上部支架循环末阻力为30.39MPa（2513.47kN），为支架额定工作阻力的76.17%，支架压力较大；工作面的中部支架循环末阻力的平均值为25.91MPa（2142.94 kN），为支架额定工作阻力的64.94%；工作面的下部支架循环末阻力为21.84MPa（1806.32kN），为支架额定工作阻力的54.74%。

（3）所有监测支架的初撑力距其额定初撑力差距均较大，支架初撑力波动范围为较大，最高达到30.5MPa，最低只有1.5MPa。9＃、30＃、50＃和72＃支架的平均初撑力分别为19.02MPa（1573.09 kN）、16.93MPa（1400.23kN）、17.44MPa（1442.41kN）和11.95MPa（988.35kN），分别为额定初撑力31.5MPa（2 6 0 0kN）的60.38%、53.75%、55.37%和37.94%，支架总体平均初撑力为16.34MPa（1351.43kN），为额定初撑力31.5 MPa（2600kN）的51.86%，支架的平均初撑力偏小。

［1］曹胜根，张东升，杜卫新.超长综放工作面开采关键技术［J］.矿山压力与顶板管理，2003（4）：69－71.

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2012－02－13）

宋冠忠（1980－），男，山东曲阜人，助理工程师，主要从事矿山开采工作。