综放工作面采场矿压显现规律实测研究

王益清

（山西离柳焦煤集团有限公司，山西 孝义 032310）

综合机械化放顶煤开采技术的发展使厚煤层整层开采成为了现实，目前，我国长治、平顶山、朔州、神东等矿区均采用了放顶煤开采技术。放顶煤开采技术具有开采工艺简单、安全水平高、高产高效等多重优点，但其采高和顶煤厚度较大，容易出现煤壁片帮和端头顶煤冒漏等现象。掌握综放工作面矿压显现规律，可以提前采取措施对煤壁和顶煤进行控制，对于优化生产系统和提高安全生产水平具有重要的意义。1501工作面是某矿井技改后的首采工作面，对于放顶煤工作面矿压显现规律了解较贫乏，故组织专业技术人员进行该工作面矿压显现规律实测，以期指导该工作面安全回采，为矿井生产积累经验。

1 工作面概况

1501工作面是矿井升级改造后的首采工作面，所采煤层为太原组15＃煤层，工作面南部为1503工作面，北部和西部为尚未规划的实体煤，东部为采区上山。15＃煤层厚度为4.2～5.3m，平均为4.8m，倾角为4°～14°，平均为7.5°；煤层底板标高为+1150 m～+1185 m，平均为+1165m，地面标高为+1370m～+1506m，平均为1458m；煤层中夹有1～2层炭质泥岩，夹矸厚度为0.2～0.45m。工作面设计走向长度为1024m，倾向长度为160m；采高为2.4m，放煤高度为2.4m，采放比为1∶1；通风方式为“一进一回”式，即运输巷进风，回风巷回风。1501工作面伪顶为厚度0～1.45m 的炭质泥岩，炭质泥岩质软易碎，部分区域节理裂隙较发育；直接顶为3.45～12.34m 的灰黑色泥岩、粉砂岩，泥岩致密性较好，粉砂岩泥质胶结，节理裂隙较发育；基本顶为厚6.5～8.2m 的石灰岩，该石灰岩致密性较好，硬度较高；直接底为厚2.3～4.1 m 的泥岩，泥岩质软，遇水膨胀，含植物根部化石；基本底为厚4.6～8.5m 的灰黑色～黑色中粒砂岩和粉砂岩，岩层坚硬致密，层理较发育。工作面共布置6台ZFG-5200／19／32型放顶煤支架，中间布置100 台ZF4400／17／30 型放顶煤支架，中间架额定工作阻力为4400kN，额定初撑力为3956 kN。

2 矿压观测方案设计

液压支架载荷变化能够较好地反应工作面来压情况，据此在采场布置矿压观测站。根据1501工作面实际开采情况，共布置3 个测站（见图1），分别距上端头20 m、80 m、140m，每个测站布置两条测线，在测线对应的液压支架上布置一台压力检测仪。该检测仪主要用以实时记录支架载荷的变化情况。为了更好地掌握1501工作面采场矿压显现特征，应对采场煤壁片帮情况做统计分析，找出煤壁片帮规律，进一步补充采场矿压显现特征。

图1 1501综放工作面矿压观测站布置示意

3 矿压观测分析

3.1 顶板来压特征分析

初次来压期间：随着工作面从开切眼逐步推进，所测支架载荷有逐渐增大趋势，当推进至12m 位置处直接顶开始垮落，当推至16m 时直接顶完全垮落；在28m 前载荷增大趋势较缓慢，在28～30m 范围内，支架载荷陡然增大，采空区上方顶板出现折裂声，工作面煤壁也出现不规则片帮现象，说明此时基本顶来压步距为28～30m。对观测期间支架载荷进行统计分析，可得所观测支架平均载荷为2403kN，最大为4425kN（见图2）。

周期来压期间：随着工作面的进一步推进，所测支架载荷出现明显的周期性变化。由图2可知，分别在距离初次来压位置12m、10m、7m、13m 和7m，说明周期来压步距为7～13m，平均为9.8m；观测期间所测支架平均载荷为2625kN，最大载荷为4436kN，且超出额定工作阻力的统计次数并不多，说明该支架适应性较好，能够满足该工作面支护需求。

图2 1501综放工作面支架工作阻力随推进变化曲线

3.2 支架工作阻力分布

对所测支架安装的压力检测仪数据进行统计分析，将支架载荷按照400kN划定区间绘制成柱状（见图3）。由图3可知，1501综采工作面液压支架载荷分布呈现近似正态分布，支架载荷普遍较低，支架处于低支撑状态，主要分布在1600～2800kN 范围内，约占总统计次数的60.79%；超出额定工作阻力次数较小，仅占总统计次数的1.12%。由图2对所测支架初撑力进行分析，可得支架平均初撑力为1468kN，约为额定初撑力的37.1%。分析支架处于低支撑状态的主要因素有：（1）工作面围岩条件较好，顶板和顶煤自承能力较好，且采场处于低应力分布区间；（2）支架工在升架时未能给予足够的初撑力，导致支架接顶状态较差，不能够真实反映顶板围岩压力；（3）供液系统不稳定或压力值达不到标准值，导致支架载荷较低。该工作面支架载荷的另一特点就是初撑力较低，分析原因认为支架工升架时间偏短，支架尚未达到额定初撑力即停止升架，此外，供液系统存在跑、冒、滴、漏也会出现支架初撑力偏低现象。

图3 1501工作面支架载荷分布柱状

3.3 煤壁片帮分析

煤壁片帮是矿压显现特征之一，通过煤壁片帮的统计分析，可以更好地掌握矿压显现规律。通过近3个月的现场观测，煤壁片帮呈现出明显的周期性，发现在来压之前，煤壁片帮现象不严重，片帮呈不规律性非连续小范围片帮；在即将来压时，煤壁片帮程度加剧，尤其在顶煤条件不好或者支架未及时护帮时片帮有加剧趋势；在来压期间，煤壁片帮程度明显加剧，局部区域偶尔会出现大面积连续性片帮（见表1）。

表1 1501工作面煤壁片帮统计情况分析

4 结语

通过采场布置测站，掌握了1501工作面初次来压步距、周期来压步距、来压强度和支架载荷分布特征等矿压显现特点；通过煤壁片帮统计，了解了煤壁片帮在工作面推进过程中的片帮规律。通过观测可知，工作面支架载荷和初撑力普遍较低，一方面说明该工作面压力较小，支架能够满足支护要求；另一方面说明支架对顶板不能形成有力支撑，不利于对工作面顶板进行维护。所以，在拉移支架过程中，要适当延长升架时间，确保支架达到合理的初撑力，同时加强供液系统的检修和维护，确保乳化泵站压力不小于30 MPa。在工作面即将来压时，支架要做到带压移架，及时打开护帮板，尽量控制煤壁片帮和顶煤冒漏现象发生。

〔1〕季玉亮，梁兴旺.井工一矿综放工作过面矿压规律实测分析〔J〕.中国矿山工程，2012，41（4）：31-34.

〔2〕胡福恩.51109 综放工作面矿压观测实践〔J〕.山西煤炭，2011，31（4）：35-37.

〔3〕张光山.综放工作面矿压显现规律及预测预报的研究〔J〕.山东煤炭科技，2012，（2）：170-171.

〔4〕赵青利.综放工作面矿压规律实测研究〔J〕.内蒙古煤炭经济，2013，（9）：86-87.

〔5〕洪 杰，胡成梦.综放工作面矿压规律数值模拟研究〔J〕.能源技术与管理，2012，（6）：37-39.