综放工作面矿压显现规律及支架适应性

2013-11-06蔡挺

江西煤炭科技 2013年1期

蔡挺

（山西煤销集团长治马堡煤业有限公司，山西长治046000）

在正确认识顶煤顶板活动规律的基础上，了解放顶煤对顶煤运动状态、顶板结构、支架围岩关系的影响，进行合理的支护设计对放顶煤工作面的安全生产非常重要〔1〕。为此，对保德煤矿88300－1综放工作面进行矿压观测，并根据实测数据对矿压显现规律进行分析，对安全生产有重要的意义。

1 工作面概况

88300－1 综放工作面位于8＃煤层三盘区内，走向长2271.5m，倾向长240m，平均煤厚8.63m，倾角为3°～9°。老顶为细砂岩、中粒砂岩，平均厚度10m，直接顶为泥岩、砂质泥岩，平均厚度1.94m，直接底为泥岩，厚度0.65～2 m。煤层呈缓状单斜构造，地质构造较为简单，分层夹矸厚度变化较大，最厚处约1.1m。

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，沿8－2煤底板回采，采高3.6～4.0m。总共布置液压支架141架，基本支架型号为ZFY10200／25／42D，支护强度为1.08～1.11MPa。

2 观测方案及测区布置

支架工作阻力是反映综放支架对工作面矿压适应性的最重要依据，也是评价支架工作效果的重要参数，支架工作阻力过大，往往阻力利用率不高，增加支架重量、造价、经济效益降低〔2－4〕，因此工作面基本支架工作阻力是本次矿压监测的主要内容。

如图1所示，本次观测共设置3个测区，分别为下部（Ⅰ）、中部（Ⅱ）和上部（Ⅲ）测区，其中下部测区（Ⅰ）对应近机头部位17＃和18＃支架，中部测区（Ⅱ）对应70＃和71＃支架，上部测区（Ⅲ）对应123＃和124＃支架。每个测区布置两条测线，每条测线对应一个支架，每个支架设置1台矿用数字压力计，监测2柱支架的左右立柱工作阻力。工作面共布置6台矿用数字压力计。

图1 工作面矿压监测测区布置

采用型号为KBJ－60Ⅲ－2的压力记录仪和“矿用压力数据采集器”进行记录和收集数据。工作面现场矿压观测须得到老顶初次来压和至少2个周期来压阶段的矿压数据，才能达到观测的目的及要求。

3 顶板运动规律

工作面现场观测共持续27天，工作面推进98m，测得了老顶初次来压和3个周期来压阶段的工作面矿压数据和显现特征。

根据对观测数据分析、筛选，分别以18＃支架代表工作面的下部，70＃支架代表工作面中部位置，123＃支架代表工作面上部（以下相同）。则工作面下部、工作面中部及工作面上部的初次来压步距分别为52.3m、49.9m和58.2 m；周期来压步距分别为8.2～18.0m、8.6～13.4m 和11.2～16.6m；平均周期来压步距分别为13.7m、13.1m和13.7m。老顶的平均初次来压步距为55.2m，老顶的平均周期来压步距为12.9m。

4 工作阻力及分布特征

1）实测工作阻力

理论和实践表明〔5〕，末阻力与初撑力呈线性变化，末阻力值的大小与初撑力值大小有关。工作面上、中、下不同部位具有代表性的18＃、70＃和123＃支架荷载统计见表1。

表1 工作面基本支架荷载统计

通过工作面基本支架载荷均值计算分析，可知，工作面中部支架初撑力最大，上部（机尾）次之，下部（机头）最小，三者比例为1.16∶1.02∶1；工作面中部支架末阻力值稍大，上部次之，下部最小，三者比例为1.21∶1.09∶1。

2）工作阻力分布及特征

（1）支架初撑力

初撑力可以防止顶板早期下沉，直接顶早期离层破碎〔6〕，统计分析液压支架的初撑力对有效管理顶板具有重要意义。

从表2统计的工作面支架初撑力均值看，6台支架实测初撑力平均5884.9kN／架，平均利用率为支架额定初撑力（7145kN）的82.36%，18＃、70＃和123＃支架初撑力小于6000kN的比例为56%、21.65%和41.67%。

表2 工作面支架各工作循环初撑力统计

（2）循环末阻力

工作面支架循环末阻力反映最大控顶距时支架承受的最大顶板压力。液压支架末阻力的统计分析有助于掌握工作面液压支架的工作状态，是分析工作面顶板运动规律和支架适应性的重要依据见表3。

表3 工作面支架循环末阻力统计

ZFY10200／25／42D型液压支架额定工作阻力为10200kN。根据表3对支架循环末阻力的统计，6台支架实测循环末工作阻力均值为7144.36kN／架，达到额定工作阻力值的70.04%，其中18＃、70＃和123＃支架循环末阻力小于8000kN的比例为88.16%、53.61%和72.23%。由此可知，支架阻力有较大的富余且左右柱压力比较均匀无明显偏载现象。