大采高工作面的矿压显现规律分析

2014-07-25刘月文

山西煤炭 2014年10期

刘月文

（大同煤矿集团同发东周窑煤业有限公司，山西大同 037101）

1 工作面的概况

三道沟煤矿工作面沿煤层倾向布置，工作面顺槽沿煤层走向布置，工作面布置了一条胶运顺槽和一条回风顺槽。工作面煤层厚度平均6.6 m。内煤层地质构造简单，层内发育宽缓的波状起伏。工作面预计正常涌水量1 m3/h，最大涌水量3 m3/h，突水量68 m3/h。工作面顶底板情况，如表1所示。

表1 煤层顶底板情况表

2 工作面支架的工作阻力观测

经对工作面现场矿压观测，掌握工作面顶板活动规律，了解工作面支架工作状况、初次及周期来压步距等情况，获得大采高工作面开采的矿压显现规律。

2.1 观测仪器及布置方案

工作面支架阻力采用ZYDC-3型支架压力自测仪，在线测定支架工作阻力与活柱缩量。工作面全长设3个测区。第一测区设在5号、6号架；第二测区设在工作面中部的72号、73号、74号、75号架；第三测区设在143号、144号架。每个液压支架上安装一块双通道在线传输压力监测记录仪，一个孔接在左立柱上，一个孔接在右立柱上；活柱缩量传感器安装在右立柱上。每一台测压仪同时记录液压支架的工作阻力和活柱缩量。采样周期为5 min，用数据采集仪每两天采集一次，到地面输入计算机进行数据处理分析。工作面测点布置，见图1。

图1 工作面支架压力监测仪表布置图

2.2 工作面矿压规律实测分析

1）直接顶初次垮落。根据工作面的实际情况，推进初期需要进行人工强制放顶，针对顶板和支架的具体情况，优化爆破参数，使之减小采空区基本顶悬顶的长度，通过初次来压的强制放顶，满足老塘冒落支撑点的“给定变形”条件，以保证工作面的安全高效开采。

2）基本顶的初次断裂及来压步距。通过持续观察工作面控制台安尼德电液控制监测支架右立柱压力，监测数据显示此期间支架压力一直维持在27 MPa左右，煤机过后压力上升速度缓慢，期间顶板压力不大。工作面推进至71.8 m以前，支架载荷上升明显。5月31日早班生产期间，工作面支架压力显著上升，有明显片帮现象，此时工作面初次来压，推进3 m左右后来压结束，工作面步距约75 m。

3）周期来压。①来压特点分析：工作面采用支架压力和支架活柱缩量(顶板位移)同时监测的仪器，中部测区4个测点支架压力与活柱缩量数据，如表1-表4所示。从表可以看出，在7月2日17时53分后压力突然降低，同时支架的活柱缩量增加30 mm，此时支架发生突然卸载，支架发生反弹，并在临近的测点，73号、74号、75号支架同时出现了相同的压力变化情况。由表看出，三道沟煤矿浅埋厚煤层采全高的压力显现特点：支架在每个来压周期首先压力缓慢持续增加，当上部岩石碎裂以后，由于支架的工作阻力设计较大，没有对支架产生冲击，即支架没有深埋煤层的压力显现特点，没有压力激增、活柱下缩的过程，相反由于上部岩石碎裂时支架所受岩石总荷载减小，使得支架工作阻力减小，支架发生反弹，活柱缩量增加。②周期来压步距：由于工作面长295 m，各测站所测定的周期来压是不同步的，分析周期来压主要是依据中部测区4个测点的数据。根据以上矿压显现特点，从2012年6月30日至2012年7月31日工作面测压仪显示的数据分析，在此时间段共有11次来压过程，各周期来压时间及步距如表5所示。根据以上分析初步判定工作面的基本顶来压周期为17.5～25.8 m，平均22.7 m。③工作面支架工作阻力分析：实测10组液压支架工作阻力最大值如表6所示。表中P0为支架初撑力，Pm为支架工作最大阻力、Pt为支架时间加权平均阻力。据表分析，初撑力平均值12 838 kN，为额定值的83.04%，分布在12 000～15 000 kN之间的占69.9%，最大值16 400 kN；最大工作阻力平均值13 412 kN，为额定值的74.5%，分布在12 000～16 000 kN之间的占70.6%，最大值14 500 kN；时间加权平均阻力平均值11 849 kN，为额定值的65.83%，分布在12 000～15 000 kN之间的占70.5%，最大值16 590 kN，相当于额定阻力的92.26%。