龙泉煤矿4201首采工作面矿压规律研究

摘要：龙泉煤矿是太原煤炭气化（集团）有限责任公司的新建主力矿井之一，首采工作面为4201工作面。文章对4201工作面的矿压规律进行了长期观察，并将有关资料进行归纳分析总结。龙泉煤矿顶板运动规律的掌握，为该矿合理组织生产、实行科学管理顶板、实现安全高效生产提供了理论依据。

关键词：龙泉煤矿；矿压规律；周期来压；顶板管理；首采工作面 文献标识码：A

中图分类号：TD353 文章编号：1009-2374（2015）10-0171-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0936

龙泉煤矿是太原煤炭气化（集团）有限责任公司的新建矿井之一，矿压规律没有参考资料和现实依据。为了科学合理安全高效地开采煤炭资源，必须熟知该矿矿压规律并合理利用规律组织生产，实行科学管理顶板，实现安全高效生产。

1 首采工作面基本概况

龙泉煤矿首采面平均厚度6.47m，采用综采放顶煤开采技术进行开采。首采面4201工作面4#煤层顶板为灰白色中粒砂岩，石英为主，含长石及暗色矿物，分选磨园差，泥质胶结。底部为泥岩，含植物叶片化石。4#煤强度较低，普氏系数小于1，煤层自燃倾向为Ⅱ级，属于自燃煤层。

2 矿压观测的目的

（1）利用上覆岩层随工作面推进时的运动规律为综采工作面的安全、优质、节能、高产、高效创造良好条件；（2）对正在使用的液压支架适应性进行考察；（3）对矿压进行观测有利于该矿瓦斯治理；（4）通过对龙泉煤矿的矿压观测，掌握4201综放工作面开采的一系列矿压显现规律，为该面和后续回采工作面管理提供一定的技术参考以及为接替回采工作面的优化设计提供一定的技术依据。

3 顶板来压步距判定

以工作面的推进度为横坐标，以支架的工作阻力的统计平均值为纵坐标，绘制支架工作阻力随推进度变化的曲线。

以实测阻力平均值（）加其一至二倍均方差

（）作为顶板来压的判据（），并以实测曲线中支架阻力大于为主，确定顶板的来压性质、位置和顺

序。即：

基本顶来压的判别准则：

式中：

——工作阻力来压判定值

——支架的工作阻力平均值

——支架的工作阻力的均方差统计值

4 矿压监测设备

4.1 设备简介

4201工作面支架载荷和巷道矿山压力显现监测设备，采用尤洛卡矿业安全股份有限公司生产的KJ216煤矿顶板动态监测系统。该系统是主要对综采支架工作阻力等矿山压力显现进行监测。系统将计算机监测技术、数据通讯技术和传感器技术融为一体。实现了复杂环境条件下采场矿山压力运移规律等的在线监测，对可能的顶板灾害进行预测预警。

该设备具有操作简单、界面友好的特点，可以自动将液压支架的受力状态收集，并根据用户要求自动计算时间加权平均值。用户只需根据实际情况输入每日工作面的推进度，该软件便可自动绘制支架压力曲线。但是该设备也有一定的缺点，例如对机头机尾支架的测力不够准确、工作面长时间停产也会影响测量数据的准确性，因此我们在实际使用过程中应该剔除这些误差较大的数据。

4.2 监测设备的安装

4201工作面开采煤层平均厚度6.47m，液压支架是郑煤机生产的四柱掩护式放顶煤液压支架，工作面倾斜长250m，工作面支架为147架，其中排头架ZFG13000/28/43共3架、排尾架ZFG13000/28/43共4架、端头架ZT20000/28/45共2架、中间支架ZF10000/22/43共138架。液压支架设置有压力和位移传感器、电磁阀，可以实现手动和联动动作，具有支护阻力大、操作方便的特点。其中，布置监测仪器的支架共计29架，分别在2#、32#、37#、42#、44#、77#、82#、92#、97#、127#、132#、137#、141#、142#支架布置压力监测分机，对工作面回采期间的顶板来压对工作面支架工作阻力情况进行连续监测。

5 顶板活动规律

一般而言，工作面顶板活动情况主要是通过支架的工作阻力来判断。判定方法首先是确定来压步距，再确定来压强度、动载系数等。通过对液压支架工作阻力的观测，可以清楚地了解顶板的来压情况。

特厚煤层开采一次采出厚度增大，围岩活动范围必然增大，在相同地质条件下，中厚煤层开采时的基本顶岩层在特厚煤层开采条件下将转化为直接顶——以“悬臂梁”的形式存在。由于顶板中直接顶的范围增大，但其又不能形成稳定结构，所以将随采随冒的直接顶定义为下位直接顶；上位以“悬臂梁”的形式存在的直接顶定义为上位直接顶。

工作面压力曲线如图2至图16所示，图中纵向的粗线表示初次来压，细线表示周期来压，横向粗线为来压判据，虚线为上位直接顶初次跨落。

6 结语

当工作面推进24.1m左右时，工作面矿压显现明显但不强烈，此时的来压可认为上位直接顶“悬臂梁”结构的初次跨落。基本顶初次来压步距均值为41.53m，平均周期来压步距为11.0m。

作者简介：刘水华（1986-），男，山西襄垣人，太原煤炭气化（集团）有限责任公司生产技术管理部助理工程师，研究方向：煤矿采掘技术管理。

（责任编辑：王 波）