耿村煤矿综放工作面矿压观测及支架适应性分析

卢红旗

（河南大有能源股份有限公司耿村煤矿,河南　三门峡　472431）

耿村煤矿综放工作面矿压观测及支架适应性分析

卢红旗

（河南大有能源股份有限公司耿村煤矿,河南三门峡472431）

摘要：通过对耿村煤矿2-3煤层13180综放工作面开采过程中的顶板压力观测，掌握了该工作面的周期来压步距及来压强度。对支架主要参数进行计算，并根据实测矿压数据分析液压支架的适应性，探讨了其应用效果，为同类工作面支架选型提供了技术保证。

关键字：综放工作面；矿压显现；适应性

0　引言

综采放顶煤工艺在厚煤层开采中已得到了广泛的应用。国内外专家学者关于对综放开采过程中，顶煤的破断规律，煤岩体运移规律、工作面支承压力分布等问题的研究也取得了一定的成果。通过大量的现场观测及室内试验发现，综放工作面煤层开采厚度越大，支承压力峰值位置离工作面越远，支承压力影响也越大[1]。工作面的支承压力分布区域比较广泛，其峰值区域大约位于工作面煤墙侧7m左右范围内[2-3]。本文以耿村煤矿2～3厚煤层13180工作面为研究背景，研究工作面矿压显现规律，综合评价其支架的适应性与工作状态，为工作面支架选型提供依据，对同等条件下综放工作面开采，提高煤炭回收率都具有指导意义。

1　综采工作面地质开采条件

13180综放工作面位于耿村煤矿东三采区（2-3）煤轨道下山西翼，北侧为已回采的13160工作面（二者相隔一个8m宽的煤柱），西部与南部为未开采的2-3煤实体。平均采深约580m。走向长度870m，倾斜长191m，煤层倾角10°～13.5°。采煤方法为综放，一次采全高，割煤高度 2.8m，垮落法管理顶板。工作面采用液压支架支护，额定初撑力30Mpa，额定工作阻力 38.9MPa，支护强度 1.14MPa，支架数量130架。该工作面地质构造简单，煤层整体呈一向南东倾斜的单斜构造，煤层直接顶板为灰黑色、黑色泥岩，煤层以上140m赋存350m厚砾岩层。煤层直接底为煤矸互层，老底为浅灰色细砂岩、浅灰色含砾砂岩及青灰色中粒砂岩。

2　在线监测系统

耿村煤矿采用矿用KJ653型工作阻力监测系统设备来对13180综采工作面支架工作阻力进行在线监测，下位压力的监测分站均有无线数据传输分站控制巡测，监测数据由数据传输分站以有线的形式传输至上为监测站。主站数据通过电话线将数据传输到地面计算机终端。分站设计了2个压力监测通道，通道与液压支架的回路通过高压油管进行连接，从而实现连续监测液压支架前后立柱的工作阻力。13180工作面共安装13个压力分站，每5架安装一个监测分站，主站安装位置在下巷口。

3　工作面顶板运动规律分析

观测日期从 2014年03月02日 到 2014年03月18日，期间工作面推进距离24m累计推进距离共 46.75m。在数据分析处理过程中，上部选择8#架、13#架，中部选择48#架，53#架，下部选择98#架、123#架做为矿压分析的依据。

3.1顶板来压步距判断

根据液压支架工作阻力监测数据和顶板岩层强度可知，13180工作面直接顶的初次来压步距为14.5m，其垮落方式为直接垮落，初次来压后直接定全部垮落，悬顶距离为0m。

13180工作面工作面老顶的平均初次来压步距为 18.8m，工作面下部的初次来压布局平均为20.2m，依次中部为17m，上部位19.3m。工作面下部老顶周期来压步距最大为16.9m，最小为 5.5m，平均9.7m，工作面中部最大周期来压步距为10.5m，最小为5.5m，平均步距为8.4m，由此可知13180工作面老顶最大周期来压步距为20.2m，最小周期来压步距为5.3m，平均为8.5m。

3.2基本顶来压强度

工作面支架的动载系数是反应老顶来压强度大小的关键指标之一，依据13180工作面液压支架在线监控数据分析可知，该工作面的支架动载系数为1.05，来压强度缓和。

注：来压强度缓和（动压系数在1～1.3之间），来压强度较强（动压系数在1.3～1.7之间），来压强度剧烈（动压系数大于1.7）。[4]

4　支架工作阻力评价

根据13180工作面工作面基本顶破断结构特点，其液压支架的合理支护强度为279.15KN/m2，该工作面液压支架满足其支护强度的要求。

4.1支架初撑力评价

对于整架来讲，初撑力平均值为 10.76MPa，液压支架初撑力的平均值与其额定初撑力的比值为 35.87%，统计得出的工作面液压支架最大初撑力为 27.65MPa，其与该支架额定初撑力比值为 92.17%，由下图1工作面实测初撑力分布比例图可知：实测支架初撑力最大值占整个支护阻力区间的 3.31%。由此可以证明，支架初撑力适合工作面的强度需求。

图1　实测初撑力分布区间

4.2支架循环末工作阻力评价

对于整架来讲，循环末工作阻力平均值为18.02Mpa,循环末工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为46.33%；最大循环末工作阻力为33.11MPa，工作面实测支架循环末工作阻力最大值与该支架额定工作阻力比值为85.13%，由图2实测支架循环末阻力分布区域可知：实测循环末工作阻力最大值占整个支护阻力区间的5.05%，由此可见，在此工作面该型号支架是完全适合支撑工作面顶板。

图2　循环末工作阻力实测值分区区间图

4.3时间加权平均工作阻力评价

通过对监测数据进行统计分析，该液压支架时间加权平均工作阻力的平均值为14.6MPa，其平均值与该支架的额定工作阻力比值37.54%，其最大时间加权平均工作阻力为29.53MPa，其最大值与额定工作阻力的比值为75.91%，由图3可知：在13180工作面采用四柱式型号支架支撑顶板是满足顶板支护强度需要的。

图3　时间加权平均阻力实测值分布区间

5　结论

本次矿压监测选择在耿村煤矿13180工作面中进行。通过对13180工作面矿压监测，获得该工作面初次来压步距和周期来压步距，并对支架的适应性进行了分析，从而为煤矿安全生产提供了理论依据。得出的主要结论如下：

（1）工作面直接顶初次垮落步距为13m～17m，悬顶距为0m，直接顶的垮落方式为直接垮落；基本顶初次来压步距17m～21m，平均为18.795m，周期来压步距5.2m～20.1m，平均为8.505m，来压强度缓和。

（2）对于整架来讲，初撑力平均值为10.76MPa，初撑力平均值与额定初撑力的比值为35.87%；循环末工作阻力平均值为18.02MPa，循环末工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为46.33%；时间加权平均工作阻力平均值为14.6MPa，时间加权平均工作阻力平均值与额定工作阻力的比值为37.54%。

参考文献：

[1]耿献文.矿山压力控制技术[M].徐州：中国矿业大学出版社,2002.

[2]王家臣.厚煤层开采理论与技术[M].北京：北京冶金工业出版社，2009.

[3]钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工业出版社,1984.

[4]周楚良.矿上压力实测技术[M].徐州：中国矿业大学出版社,1987.

作者信息：卢红旗（1976—），男，河南济源人，学士，工程师，现从事冲击地压防治技术管理及研究工作。