燕子山矿山4号层综放工作面支架选型与矿压规律分析

2019-03-21贺大伟

煤 2019年3期

贺大伟

(大同煤矿集团云冈矿，山西大同 037003)

燕子山矿山4号层为新水平延深后的首采煤层，新水平初设中选择的采煤方法为综合机械化放顶煤采煤法。因矿井在旧水平一直采用一次采全高普通综采采煤法，所以在综放开采方面技术经验不足，故在山4号层开采的前三个工作面收集了大量的生产数据，以便为后期的生产积累经验。本文从山4号层综放工作面支架选型与矿压观测入手，结合现场使用效果，通过分析前三个工作面的相关数据，最终确定了山4号层合理的架型，并且得出了燕子山矿山4号层综放工作面的矿压显现规律[1-3]。

1 山4号煤层概况

燕子山矿山4号煤层全厚为5.50～8.40 m，平均厚度7.1 m，含1-5层0.05～0.40 m的夹石，平均厚度0.25 m。煤层大致走向东西，倾向北，倾角为1～5°，煤层盖山厚度369～433 m，平均401 m，煤层顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况

2 支架选型及使用效果

2.1 支架选型

新水平初设中选择支架型号为ZF10000/25/35型综采放顶煤液压支架，按采煤工作面质量标准规定，工作面支架需要承受的载荷为8倍采高的岩石重加最大厚度的顶煤厚重。山4号层8216首采工作面设计倾向长150 m，采高3.2 m，岩石容重2.5 kN/m3，支架最大控顶距6.32 m，以此计算支架工作阻力是否满足要求：

顶板压力Q=8×采高×岩石容重×工作面长

×支架最大控顶距

=(8×3.2×25×150×6.32)

= 606 720 kN

顶煤压力Q=顶煤最大厚度×煤容重×工作

面长度×支架最大控顶距

=(5.2×1.41×150×6.32)

= 6 951 kN

总压力Q=顶板压力Q+顶煤压力Q

=(606 720+6 951)kN

= 613 671 kN

工作面共安装100架ZF10000/25/35型支架：

工作阻力F= 10 000×100 kN=1 000 000 kN

可见F>Q，所选支架的工作阻力符合要求。

2.2 使用效果

燕子山矿山4号层首采工作面使用ZF10000/25/35型支架，工作面回采3个月后，支架构件大范围出现断裂、开焊，周期来压时安全阀大范围开启，且开启频繁，多次出现支架压死的情况。虽然ZF10000/25/35型支架工作阻力理论计算远远满足要求，却不能适应生产。为避免后续工作面出现类似支架与工作面围岩不相适应的问题，特在接替工作面8218面稳装前引进了ZF12000/22/35型支架，并利用该设备成功回采8218及8214两个综放工作面，生产期间未出现压架情况。ZF10000/25/35型和ZF12000/22/35支架使用情况比对见表2。

表2 ZF10000/25/35型和ZF12000/22/35支架使用情况比对

3 矿压观测及规律分析

通过KJ216矿压在线监测系统及矿压工现场采集数据，对8216、8218和8214工作面从初采至回采结束连续三年的矿压显现情况进行深入分析，得出燕子山矿山4号层综放工作面的矿压显现规律，并用于指导生产。

3.1 初次来压观测

初采推进9 m后，顶煤开始垮落，推进至15～20 m时，直接顶开始垮落，推进至50～60 m时，老顶开始垮落，即老顶初次来压步距为50～60 m。

3.2 周期来压观测

8216首采面回采时，周期来压步距一般在35～45 m，来压规律明显。8218工作面回采时，受邻面8216采空区影响，周期来压步距一般在25～35 m。8214工作面回采时，受邻面8216、8218大采场的临空压力影响，工作面周期来压步距一般在20～30 m。

3.3 周期来压特征及对策

周期来压时，均会造成工作面煤壁片帮增大，机道顶板破碎，支架行程缩短，安全阀开启等现象。工作面顶板下沉，使支架工作阻力迅速增大(由30 MPa迅速上升至40 MPa左右)，当阻力达到支架的额定工作阻力后，安全阀开启，支架立柱行程开始逐渐缩短，严重时，造成支架压死。周期来压常会造成工作面机道顶板破碎，甚至发生漏顶，从而使支架无法升紧，初撑力不合格。

在工作面周期来压规律、显现明显的情况下，初撑力是保证工作面顶板完整和正常生产的关键，合格的初撑力可保障工作面周期来压正常、规律，易于平稳快速地通过周期来压。因此生产过程中支架工要养成良好的操作习惯，保证支架初撑力合格。若遇到大面积来压对工作面的正常推进造成严重影响时，可适当调整头尾的推进度，调斜以便使工作面分段来压，减弱大面积来压对工作面的影响。通过对8218、8214工作面历史监测曲线的分析，得出正常通过一次周期来压影响距离大约需要推进4～6刀。因此周期来压时，在保证初撑力合格的前提下，推进约3～5 m即可通过周期来压影响区。