大采高综放工作面矿压显现规律研究

杜 斌

（山西朔州平鲁区 后安煤炭有限公司，山西 朔州 036800）

1 9304工作面的基本概况

9304工作面位于矿井西南部，工作面标高+1195.83～+1262.34m，地面标高+1 354.21～+1 447.93m。工作面走向长度1 520 m，倾向长度300 m，煤层倾角2°～6°、平均倾角3°，煤层厚度10.62～15.08 m、平均厚度12.49 m。直接顶主要成分灰色的砂质泥岩、细砂岩，平均厚度1.64 m。基本顶主要成分灰色-灰白色的中砂岩，平均厚度8.75m。直接底主要成分灰黑色的泥岩，平均厚度1.2m。9304工作面割煤高度3.5 m，平均放煤高度8.99 m，采放比为1∶2.568；采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤方法采煤，一采两放平行作业,机头、机尾各留1台排头支架不放煤，以维护出口顶板的安全，采用全部垮落法管理顶板。

2 矿压的观测方案与仪器布置

9304工作面全长300 m，选用掩护式电液控放顶煤液压支架进行支护，共布置174架；其中布置ZFY12000/23/40D基本支架161架，ZT27600/23/40D过渡 支 架 4架，ZT27600/23/40D 端 头 支 架 1架，ZT27600/23/40D排头支架8架。矿压观测过程中，工作面布置11条测线（12号、18号、42号、58号、90号、100号、122号、128号、140号、150号、158号支架），3个测区（上部测区、中部测区、下部测区）；其中12号和18号支架代表下部测区，90号和100号支架代表中部测区，140号和150号支架代表上部测区。每个支架设置1个尤洛卡仪表（全工作面共设置11个），随工作面推进尤洛卡自动记录支架压力数据。测区布置见图1。

图1 9304综放面矿压监测测的区布置图

3 工作面的来压规律

通过所测支架阻力确定工作面来压步距。设定18号支架代表9304工作面下部测区，90号支架代表9304工作面中部测区，140号支架代表9304工作面上部测区。当工作面从开切眼向前推进29.7～32.6 m时，12～18号支架压力明显增大，老塘有闷响，煤帮出现片帮现象；其中18号支架所测工作阻力达到最大值10 827.34 kN，由此推断工作面下部初次来压，来压步距29.7～32.6m、平均31.15m。当90号支架在工作面从开切眼向前推进28.6～31.2m时，工作阻力达到最大值11 643.31 kN，矿压显现明显，由此推断工作面中部初次来压，来压步距28.6～31.2m、平均29.9m。当140号支架在工作面从开切眼向前推进30.2～33.4m时，工作阻力达到最大值9 987.62 kN，矿压显现明显，由此推断工作面上部初次来压，来压步距30.2～33.4m、平均31.8m。在整个矿压观测期间，9304工作面向前推进89.7 m，顶板共来压4次。初次来压步距和周期来压步距，如表1所示。

表1 工作面观测支架来压步距

4 确定支架的合理工作阻力

1）实测支架阻力。工作面推进过程中，通过分析所测3个支架的初撑力和末阻力可知，初撑力与末阻力存在线性变化关系。工作面上、中、下部位的18号、90号和140号支架荷载，如表2所示。

表2 工作面支架工作阻力统计数据

2）支护强度验算。①利用充填采空区的跨落岩石厚度，计算支架的支护强度，进而计算支架的工作阻力：

式中：q 为支架支护顶板所需的支护强度，kN/m2；γ 为下位岩石的容重，kN/m2，取γ=20；K p为岩石松散系数，一般为1.25～1.5，取K p=1.45；M 为采高，m，取M=12.49；n为动载系数，综采放顶煤工作面n=1.4。经计算q=777.2 kN/m2。支架的工作阻力：

式中：q 为支架支护顶板所需的支护强度，kN/m2；P 为支架工作阻力，kN；L 为支架顶梁长度，5.316 m；a 为支架的梁端距，0.444 m；B 为支架的宽度，1.65 m（滞后架宽度为1.5 m）。对于机尾滞后架工作阻力：PZ=6715kN。经计算P=7 386 kN，PZ=6 715 kN，圆整后最大取8 000 kN。②采用经验公式计算工作面合理的支护强度，进而计算支架的工作阻力：

式中：Pt为工作面合理的支护强度，kN/m2；h 为采高，m，h=3.5m；γ 为顶板岩石重力密度t/m3，一般可取25t/m3；k 为支架应该支护的上覆岩层厚度与采高之比，一般为4～8，这里取k=8。经计算Pt=700kN/m2。支架的工作阻力：

式中：Pt为支架支护顶板所需的支护强度，kN/m2；P 为支架工作阻力，kN；L 为支架顶梁长度，5.316 m；a 为支架的梁端距，0.444 m；B 为支架的宽度，1.65 m。对于机尾滞后架工作阻力：PZ=6 048 kN。经计算P=6 653 kN，PZ=6048kN，圆整后最大取7000kN。③上述两种计算支架工作阻力的方法，所得支架工作阻力差距较小，应取其大值并圆整，液压支架的工作阻力最大8 000 kN。所选配套支架工作阻力12000kN，符合回采要求。

5 结束语

1）9304工作面顶板周期来压时，矿压显现明显；通过矿压观测可知，工作面上、中、下部顶板来压步距差别不是很大，顶板的初次来压步距均值为31.6 m，周期来压步距平均为16.2m。

2）工作面初撑力均值5 436.27 kN，占额定值（7 758 kN）85.72%；循环末阻力均值7 367.84 kN，占额定值（10 300 kN）的67.4%；初撑力满足支护要求，末阻力有较大富余，支架支护效果良好。

3）工作面顶板来压时，通过观测发现所测支架阻力超出支架额定工作阻力的现象没有出现，则知9304工作面选定的ZF12000/23/40D型液压支架较合理。

[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）：481-484.