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坚硬顶板薄煤层综采开采采场矿压规律研究
刘杰
(山煤集团煤业管理有限公司安监部 山西太原 030006)
摘要：薄煤层坚硬顶板工作面作为薄煤层工作面的特殊情况，掌握其矿压显现规律对于安全、高效开采有着重要的作用。以11802薄煤层坚硬顶板工作面为研究对象，采用实测手段掌握了工作面来压步距、来压强度、动载系数等特征。对矿压显现表现的宏观现象如支架活柱下缩量、煤壁片帮、巷道变形等做了阐述。 关键词：坚硬顶板薄煤层综采工作面；矿压显现规律；研究
0引言
目前，我国薄煤层开采技术较成熟，科研单位及院校工作者在薄煤层工作面矿压显现规律研究方面运用现场实测、数值模拟分析、电磁辐射等手段也做了较多的研究[1-4]。坚硬顶板薄煤层作为薄煤层的一种特殊情况，其综采工作面较普通薄煤层工作面矿压显现有着新的特点，笔者以某矿11802坚硬顶板薄煤层综采工作面为研究对象，在前人研究基础上利用现场实测及数理统计方法分析了该综采工作面矿压显现规律，并对采场支架适应性做了部分研究。
1工作面概况
该矿井自设计投产以来一直采用放炮采煤工艺，2012年进行改造升级后采用综采开采，设计生产能力为60万t/a。11802综采工作面是矿井设计改造后的首采工作面，地面标高为+209~+245m，工作面标高为-60~91m，煤层厚度为1.8m~2.32m，平均为1.21m，煤层倾角为7~11°，平均倾角为7°左右，煤层赋存较好，水文地质条件较简单，整个工作面未发现影响开采的大断层存在。工作面设计可采走向长度为750m，倾向为105m，工作面伪顶为均厚0.5m的泥岩，直接顶为均厚10.25m质地坚硬的石灰岩，直接底为均厚4.5m的层理裂隙较发育的泥岩~细粒砂岩。工作面通风方式为一回一进通风，即机巷进风，风巷回风，采煤方法为长壁走向一次采全高后退顶板全部跨落式采煤法。工作面采用ZY3300/7.5/15D型支架进行支护，采面两端选用π型梁结合DZ12-30/100型单体住进行支护。
2测站布置及数据分析 2.1测站布置
采用山东尤洛卡自动化装备公司生产的采场支架压力检测仪对支架载荷进
行实时全程监测，在工作面上、中、下三个位置布置四个测站，每个测站布置两个测线，即15#、16#架为1#测站，30#、31#架为2#测站，45#、46#架为3#测站，60#、61#架为4#测站。测站、测线布置图具体见图1所示。在每个测线上安装尤洛卡，利用配置的数据采集器每周采集监测仪收集的数据，并传至电脑上进行数理统计分析。
图1 11802工作面采场测站/测线布置示意图
2.2数据分析
工作面矿压显现强弱及规律主要取决于煤层赋存条件及开采方法等，其中周期来压是工作面上覆岩层运移、破坏的直接表现形式。工作面周期来压的判据一般以采场液压支架平均循环末阻力与其均方差之和来表示[5]，即：
在数据采集期间，部分测站中个别检测仪出现故障，但测站未出现两台同时失效显现，基于此认为监测仪尚能客观反映支架实际载荷变化。经过近一个月的采集，共采集了11802综采工作面走向推进近40余米的支架载荷数据。对采集所得数据进行数理统计，并绘制图表进行分析工作面矿压显现规律，具体见图2和表1所示：
通过对图2和表1进行分析，可知：11802综采坚硬顶板薄煤层整个工作面矿压显现并不强烈，来压规律较明显，工作面周期来压步距最大为12.15m，最小为6.02m，平均为6.63m；各周期最小工作阻力分布在649~768KN，平均最小工作阻力为725.6KN，为额定工作阻力的24.18%；各周期最大工作阻力分布在3120~3314KN，平均最大工作阻力为3241KN，为额定工作阻力的108.03%；各周期平均工作阻力分布在2479.6~2765.3KN，平均工作阻力为2600.24KN，为额定工作阻力的86.67%；各周期初撑力分布在1165.3~1302.4KN，平均初撑力为1239.1KN，为额定工作阻力的51.63%；各周期动载系数分布在1.35~1.46，平均
动载系数为1.42，由工作面支架阻力分析可知ZY3300/7.5/15D型支架能够较好的对该工作面进行支护。进一步分析可得，整个工作面来压较缓，来压步距和来压强度都不大，来压持续时间较短，分析认为该显现特点除了受工作面地质条件和采煤工艺影响外，还与该工作面推进速度较慢有直接关系[6]。
图2 11802工作面液压支架工作阻力随工作面推进变化曲线图 表1 工作面采场液压支架载荷数据分析
周期来压
最小工作阻力/KN
最大工作阻力/KN
均工作阻力/KN
均初撑力/KN
均动载系数
1 2 3 4 5 平均
750 768 649 735 726 725.6
3300 3120 3255 3314 3216 3241
2765.3 2485.2 2674.8 2596.3 2479.6 2600.24
1246.5 1302.4 1245.6 1165.3 1235.6 1239.1
1.42 1.35 1.46 1.42 1.43 1.42
3采场宏观现象分析
采场宏观现象是矿压显现的直接表现形式之一：顶底板在来压期间移近量平均为124.6mm，非来压期间移近量平均为67.2mm，液压支架周期来压期间活柱下缩量平均为32.4mm，非来压期间为平均下缩量为15.6mm，即顶底板变化量在来压期间和非来压期间分别为液压支架活柱下缩量的3.85倍和4.31倍；由于采高较小，煤层较硬，在回采观测期间并未见大面积片帮现象发生，仅在工作面来压期间顶板附近有非连续小片帮现象；回采观测期间，液压支架后方悬顶长度表现为工作面两端长、中间短，符合常规长碧工作面顶板破断规律；工作面回风顺槽在超前18m范围内巷道变形开始逐渐明显，在煤壁前方8~10m范围内变形显著，进风顺槽在超前15m范围内巷道变形开始逐渐明显，在煤壁前方7~8m范
围内变形显著，考虑到工作面矿压显现强度较缓，巷道顶底板及两帮变化都在可控范围内，巷道整体变形并不影响正常回采作业。 3结语
薄煤层坚硬顶板工作面作为薄煤层工作面的特殊情况，其矿压显现规律必然较普通薄煤层工作面有着新的特点。以11802薄煤层坚硬顶板工作面为研究对象，采用实测手段掌握了工作面来压步距、来压强度、动载系数等矿压显现规律及特征，并通过对采场液压支架活柱下缩量、煤壁片帮、回采巷道变形情况进行了分析研究，补充了该工作面矿压显现特点。该研究对于指导11802工作面后续正常回采工作具有一定的指导意义。 参考文献
[1]刘新杰,张信,林超.薄煤层综采工作面矿压显现规律研究[J].山东煤炭科技, 2011，(1):188-189. [2]赵兵兵,任耀.薄煤层综采工作面采场矿压显现规律数值模拟研究[J].煤矿现代化, 2012，(6):43-45. [3]冉松河.梁北矿薄煤带矿压显现规律分析[J].煤矿安全, 2012，43(10):198-200.
[4]刘大军,高建伟.薄煤层液压支架工作面矿压观测分析[J]山东煤炭科技, 2010，(2):129-130. [5]张国恩.薄煤层开采技术中矿压显现规律[J].中国矿山工程, 2009，38(2):43-45. [6]陈通.综采工作面推进速度与周期来压步距关系分析[J]煤矿开采, 1999，(1):33-35.