孤岛面复合顶板采场矿压规律探讨

王新翔

(霍州煤电集团 晋南煤业公司，山西　河津　043300)



·问题探讨·

孤岛面复合顶板采场矿压规律探讨

王新翔

(霍州煤电集团 晋南煤业公司，山西河津043300)

以霍州煤电三交河煤矿2-508孤岛工作面为工程背景，结合工作面复合顶板特性及来压步距理论计算，对其进行矿压显现实测。结果表明，孤岛工作面沿走向顶板来压步距差异较大；沿倾向支架压力具有区段效应，可划分为上下端头压力递增区，中部压力波动平衡区。研究结果可为类似复合顶板管理提供理论依据。

孤岛面；复合顶板；矿压；区段效应

众所周知，孤岛工作面与非孤岛工作面相比，开采期间矿压显现剧烈，巷道围岩变形严重，甚至可能产生冲击地压现象，而复合顶板控制不当，容易出现离层、冒落，顶板往往难以形成稳定的承载结构。孤岛工作面复合顶板矿压规律、超前及采场顶板控制方式等一直是影响孤岛面快速安全生产的难题。

霍州煤电三交河煤矿可采煤层包括：2#、10#、11#煤层，2#煤层顶板为复合顶板，岩层柱状图见图1.为研究2#煤层复合顶板矿压显现特性，掌握孤岛工作面来压及支架工作阻力变化规律，对三交河煤矿2-508孤岛工作面进行了矿压实测研究。

1　地质概况及生产技术条件

1.1地质概况

2-508为三交河煤矿五采区工作面，所采煤层为山西组上部2#煤层，煤层平均埋深200 m，2#煤层2-506、2-512工作面均已回采，2-508工作面属孤岛工作面，工作面推进长度1 798 m，倾斜长度3 145 m，煤层平均厚度为4.68 m，工作面上覆基岩厚75～290 m. 2#煤层直接顶为泥岩，平均厚度4.5 m，f=2.6，老顶为K8中砂岩,平均厚度3～13 m，f=8.6，底板为泥岩、砂质泥岩,f=2.6.

1.2生产技术条件

2-508工作面为两巷布置，正副巷断面为：5.1 m×3.8 m，采用锚网索(梁)支护方式，工作面安装ZY13000-26/55型液压支架184架，超前支护采用超前液压支架配合单体支柱及π梁支护形式，2-508工作面采用一次采全厚综合机械化采煤方法，采空区采用全部垮落法处理。

2　矿压研究方法

采用KJ216型煤矿顶板动态监测系统对2-508工作面支架压力进行在线监测，工作面共设置上、中、下3个测区，用于观测孤岛工作面液压支架工作阻力变化情况，结合来压步距理论计算，分析复合顶板矿压显现规律，评价现行实际液压支架阻力分布状态能否满足顶板支护要求等。每个测区共布置5条测线，共15条测线，见图2.

各个支架工作阻力值连续自动记录在仪表中，隔2～4天读取1次数据，井上下及时整理立柱工作阻力数值。分析数据选取时间为2014年6月1日—2014年6月20日， 此段时间内工作面正巷从13#点前12.6 m,推进至11#点前23.1 m；副巷从16#点前35.8 m,推进至14#点前48.9 m，工作面累计推进 108 m.

图1　2#煤岩层柱状图

图2　2-508工作面支架支护阻力测区布置示意图

3　矿压规律分析

3.1来压步距理论计算

将老顶看做悬臂梁计算老顶周期来压步距，计算公式如下[1-2]:

式中：

RT—老顶抗拉强度，MPa,取8.6；

h—老顶厚度，m,取7；

λ—老顶容重，kg/m3，取2.52×103;

q—单位面积老顶载荷，kg/m2，q=h×λ=17.64；

代入数值得出2-508工作面来压步距L=17.84 m.

3.2周期来压实测分析

式中：

p′—判定顶板来压的工作阻力，kN；

σp—支护阻力均方差。

2-508工作面不同测区顶板周期来压统计情况见表1.

表1　各测区2014年顶板周期来压情况统计表

3.3工作面走向矿压分布规律

1) 2-508工作面不同测区液压支架受力曲线见图3～5：

由图3～5可知：a) 2-508回采面上部测区：来压步距为13.6 m.工作面来压时上部测区支架阻力最大为6 545 kN，最小为200 kN，平均为3 372.5 kN；支架动载系数平均为1.36.

图3　2-508回采面上部测区支架受力曲线图

图4　2-508回采面中部测区支架受力曲线图

图5　2-508回采面下部测区支架受力曲线图

b) 2-508回采面中部测区：来压步距为14.5 m.工作面来压时中部测区支架阻力最大为8 500 kN，最小为160.5 kN，平均为4 330.25 kN；支架动载系数平均为1.52.

c) 2-508回采面下部测区：来压步距为15.2 m.工作面来压时下部测区支架阻力最大为7 800 kN，最小为146.5 kN，平均为3 973.25 kN；支架动载系数平均为1.39.

2) 分析可知：

a) 工作面上、中、下测区顶板来压步距平均为13.68 m；顶板来压时间不同步，其中上部测区来压时间最早，中部次之，下部最后，2-508孤岛工作面表现为局部来压迁移特征[4].

b) 2-508孤岛工作面来压期间，支架工作阻力最大为8 500 kN，最小为160.5 kN，平均为4 330.25 kN；支架动载系数平均为1.52.

3.4工作面倾向矿压分布规律

根据2-508工作面支架实测数据,并以机头至机尾测站支架为横座标, 以支架载荷P为纵坐标,支架载荷为6月1日—15日平均值,绘出工作面倾向支架平均工作阻力分布曲线图，见图6.

图6　工作面倾向支架平均工作阻力分布曲线图

由图6可知: 工作面中部支柱载荷最大为5 600 kN(28 MPa),比机头支架2 800 kN(14 MPa)高出50%，比机尾支架3 000 kN高出46%；工作面上端头60 m范围内压力由15 MPa增至25 MPa，增幅为0.16 MPa/m，之后7.5 m范围内迅速降至13 MPa,降幅达1.6 MPa/m；工作面下端头22.5 m范围内压力由14 MPa增至18 MPa，增幅为0.17 MPa/m，之后7.5 m范围内迅速降至13 MPa,降幅达0.6 MPa/m；工作面中部支架压力出现波动性变化，变化为22～28 MPa.

分析可知：2-508孤岛工作面沿倾向的压力变化可划分为3个区域：上端头压力递增区，工作面压力波动平衡区，下端头压力递增区；两端头呈近似抛物线形分布,中部支架压力最大。

4　结　论

1) 2-508孤岛工作面复合顶板来压步距平均为13.68 m，支架工作阻力最大为8 500 kN，最小为160.5 kN，平均为4 330.25 kN，动载系数平均为1.52.来压期间表现为来压时间不同步，上部测区来压时间最早，中部次之，下部最后。

2) 孤岛工作面沿倾向的压力变化可划分为3个区域：上端头压力递增区，工作面压力波动平衡区，下端头压力递增区；两端头呈近似抛物线形分布,中部支架压力最大。

[1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1996：24-26.

[2]李国彪.三交河煤矿巷道围岩物理力学性质测试研究[J].中国矿业，2012(5):84-87.

[3]石建军．浅埋深中厚煤层采场矿压显现规律研究[J].华北科技学院学报，2010(4):31-35.

[4]苏学贵．高位复合顶板综采面矿压规律研究[J].太原理工大学学报，2011(6):628-629.

Study on Stope Mine Pressure Law of Composite Roof in Insular Face

WANG Xinxiang

Huozhou coal electricity group Sanjiaohe coal mine 2-508 isolated working face is as the engineering background. Combines with the working face composite roof features and weighting length theoretical calculation to actual measure the strata pressure behaviors. It turned out that there are large differences of roof weighting length along the strike in isolated working face. The support pressure has section effect along the tendency, and it is divided into increasing pressure zone on the both ends, and pressure fluctuation balance area in central section. The research results can provide the theoretical basis for similar complex roof management.

Isolated working face; Composite roof; Mine pressure; Section effect

2016-02-23

王新翔(1987—)，男，山西运城人，2010年毕业于山西大同大学，助理工程师，主要从事采矿工程相关工作(E-mail)450934480@qq.com

TD323

A

1672-0652(2016)03-0053-04