首采工作面矿压研究分析

郭兆瑞，李贞江

（山东能源新矿集团内蒙能源长城三矿，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

1 1905S工作面概况

1905S 工作面是长城三矿首采工作面，开采矿层为9 层，地面标高在+1238.7m～+1248.5m，工作面标高+549.5m～+778.8m，工作面埋深469.7m～689.2m，矿层倾角在 17°～21°之间，平均矿层倾角 18.9°，工作面走向2074m，平均倾向长342m，矿层平均有益厚度 4.3m，平均采高 4.5m，综合机械化采矿，走向长壁后退式采矿法，一次采全高全部垮落法管理顶板。

2 1905S工作面矿压规律实测分析

2.1 观测目的

①对1905S工作面的矿压显现规律进行分析，服务于接续工作面的安全生产。②对支架运行情况进行分析，评价支架对工作面的适应性，为接续工作面确定支架合理工作阻力提供数据支持。③分析所选支架的合理性，为接续工作面的支架选型积累经验。④研究分析工作面矿压显现，工作面推进速度及工作面顶板的关系，为接续工作面的良性推采及顶板管理积累经验。

2.2 观测方案

①观测仪器采用山东思科赛德矿业安全工程有限公司自主研发的 KJ24 型矿压监测系统，采用全无线监测模式监测综采工作面支架工作阻力。本次监测主要针对 185 台ZY12000/25.5/55 型和8台ZY13000/27/60型中间液压支架，共安装 96 台YHY60W（B）型矿用本安型数字压力计实时监测液压支架立柱工作阻力，每台压力无线传感器含4个传感器探头，两架一表，同时监测2台液压支架的4个立柱，减少压力无线传感器使用数量，降低成本投入和故障率。② 均 匀 选 取1#、15#、30#、45#、60#、75#、90#、105#、120#、135#、150#、165#、180#、193#液压支架的监测数据进行分析。

2.3 工作面来压特征

通过日加权阻力和日最大工作阻力对工作面来压步距进行分析，把支架平均阻力与其均方差之和作为判断顶板来压的主要依据。则计算公式为：

通过计算得出选取支架来压判据计算结果，分析液压支架日加权阻力及最大阻力，得出工作面基本顶周期来压距离为15.2m～17.5m，平均 16.4m；工作面初次来压步距为35.2m。

2.4 液压支架工作阻力频率分布及受力分析

①分析液压支架工作阻力频率的分布特点来评价其工作性能和顶板冲击程度。

②液压支架的的支护效果与支架初撑力密切相关，若初撑力符合规定要求，就能够有效防止顶板离层及工作面煤壁片帮。③液压支架左右柱受力分析。④工作面倾向液压支架压力分布。

2.5 液压支架适应性验证

液压支架能否适应工作面矿层地质条件对综采工作面的安全生产起着决定性作用。

（1）确定液压支架的支护强度。通过分析周期来压步距和工作阻力频率分布范围等可知，综采工作面选用ZY12000/25.5/55 型液压支架，其实际提供的支护强度为：q=Q KS/（LKB）=1.123MPa

式中：q -工作面支架实际支护强度；Q -支架额定工作阻力12000kN；KS-支撑效率0.95；LK-支架最大控顶距5.8m；B -支架中心距1.75m。

（2）估算法确定液压支架支护强度。计算基础是液压支架工作阻力支撑 8 倍采高的顶板岩层重量。计算公式：q=khγg。式中：q—工作面支架所需支护强度；k—支撑上覆岩层与煤厚比值，取 8；h—工作面最大采高，取4.9m；γ—顶板岩石容重，取 2.5×103kg/m3；g—9.81N/kg。

因此，该工作面的支护强度为：q=0.961MPa

（3）液压支架工作阻力确定P=q LK B / KS =0.961×1 0³×5.8×1.75/0.95=10267.5kN。选用的ZY12000/25.5/55型液压支架额定工作阻力12000kN，满足要求。

（4）根据阻力实测确定支架工作阻力。取循环末阻力平均值加2倍均方差，即P=Pt +σ。实测循环末阻力平均值为 8277kN，均方差为621kN，工作阻力9519kN。选用的ZY12000/25.5/55 型液压支架额定工作阻力12000kN，满足要求。

3 矿压显现与工作面生产的关系

3.1 分析工作面矿压显现与工作面推进速度的关系

综采工作面推进速度是工作面围岩应力重新分布的主要影响因素，对围岩的破坏程度及开采成本起着决定性作用。

合理组织，提高推进速度能够延长工作面周期来压步距，从而减少周期来压次数，降低来压危害，促进工作面安全生产。当工作面推进速度提高到一定程度后，顶板下沉量的变化随推进速度的加快将逐渐减小。

3.2 分析工作面的推进速度与工作面顶板关系

工作面推进速度大小与顶板悬露时间长短成反比。因此，缩短循环时间能够有效减少顶板的下沉量，支架所承受的载荷也会减小。在工作面循环时间短的情况下，液压支架达到工作面阻力所需时间要长。

同时，在顶板的完整性尚未破坏之前，对顶板进行及时支护，就能实现工作面良性循环作业。所以，工作面的推进速度的提高，能够有效促进顶板安全管理，提高工作面回采率；相反，会对工作面的顶板管理带来一定的难度。