解俊祥 霍州煤電李雅莊煤礦，山西霍州 031400

李雅莊煤礦松軟底板中硬煤層采場礦壓規(guī)律研究

解俊祥 霍州煤電李雅莊煤礦，山西霍州 031400

本文以李雅莊礦2-226綜采工作面作為主研究對象,利用KJ216頂板(壓力)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，總結(jié)出工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并針對性地改革了本礦原有支護措施, 為礦井高產(chǎn)、高效、安全、低耗實現(xiàn)均衡生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

松軟底板;中硬煤層;采場;礦壓規(guī)律

引言

松軟底板的底臌問題是困擾李雅莊煤礦正常生產(chǎn)的核心技術(shù)難題之一，特別當(dāng)開采煤層硬度為中硬以上時，底臌問題更加嚴(yán)重。當(dāng)下李雅莊煤礦的開拓掘進(jìn)人數(shù)近500人，目前每天底臌起底和維修巷道人數(shù)大約有200人左右。226工作面的超前支護段的底臌問題已經(jīng)嚴(yán)重困擾了工作面的正常推進(jìn)。本文首先對226回采工作面的礦壓規(guī)律進(jìn)行布點觀測，總結(jié)松軟底板中硬煤層條件下厚煤層開采的礦壓規(guī)律，并針對性的改革了原有支護措施，為礦井高產(chǎn)、高效、安全、低耗生產(chǎn)提供了條件。

1 工作面概況

李雅莊礦2-226工作面位于二采區(qū)前進(jìn)方向的左翼，工作面為二采區(qū)末端采面，西與2-224采空區(qū)相鄰，南與礦井邊界相鄰；北與六采區(qū)邊界接壤；東部距礦井邊界200～270m，埋藏深度568m～664m。

該工作面回采1#、2#合層煤，煤層厚度為3.2m～3.8m，煤層平均厚度為3.5m；煤層總體為單斜構(gòu)造，煤層傾角為3 °～13°，平均5°；直接頂為2.34m～3.87m的砂質(zhì)泥巖，基本頂為2.1m～3.85m細(xì)砂巖，偽頂為0～0.34m泥巖；直接底為1.6～2.6m粉砂巖，基本底為2.34～3.54細(xì)砂巖；工作面采用兩進(jìn)一回的通風(fēng)方式；采用后退式一次采全高綜合機械化采煤方法, 全部垮落法管理采空區(qū)；工作面所用采煤設(shè)備為MG500/1210-GWD型交流電牽引采煤機一臺,SGZ-1000/1400型刮板輸送機一部， ZY-7200/19/40 型液壓支架114架。正巷安裝設(shè)備：SSJ-1000/2*160重型可伸縮膠帶機一部，長度為1300m，Z Y 2 7 0 0型自移機尾一部，長1 2.5 m，PCM200型錘式破碎機一臺，SZZ-1000/ 375型順槽用刮板轉(zhuǎn)載機一部，轉(zhuǎn)載機與破碎機總長40.5m。正巷口安裝注氮機一部，安裝DX80防爆蓄電池單軌吊車一部，長1200m。副巷：安裝KWJ90型無極繩絞車一部1400m，副巷口安裝JD-25調(diào)度絞車兩部。距端頭約50m處為工作面配電點，安裝1000KVA/1140/660V、2500KVA/ 3300V礦用負(fù)荷中心三臺，BRW400/31.5型大流量乳化液泵站兩套及噴霧泵兩臺。安裝BDLG-120型電纜拖掛單軌吊一部。副巷貫眼內(nèi)安裝局部通風(fēng)機及瓦斯抽放泵。

正巷超前支護動態(tài)保持不少于3 0 m，一梁三柱(單體液壓支柱)4.2mπ型梁棚管理；副巷超前支護動態(tài)保持不少于30m，單體液壓支柱配合1.8mπ型梁管理。

2 礦壓觀測設(shè)備及方案

2.1 礦壓監(jiān)測設(shè)備

我礦采用山東省尤洛卡自動化裝備股份有限公司生產(chǎn)的KJ216頂板(壓力)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)——綜采支架工作阻力監(jiān)測子系統(tǒng)。

綜采支架工作阻力監(jiān)測系統(tǒng)用于煤礦綜采工作面的支護工作阻力在線監(jiān)測。系統(tǒng)現(xiàn)場總線采用標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)總線，總線可連接64臺壓力監(jiān)測分站，壓力監(jiān)測分站可現(xiàn)場實時顯示支架工作阻力、最大工作阻力。通訊分站控制巡測下位壓力監(jiān)測分站，通訊分站的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位通訊主站。

綜采支架工作阻力監(jiān)測系統(tǒng)采用配套KDW28型礦用防爆電源供電。每臺供電電源可負(fù)載一臺通訊分站（通訊分站結(jié)構(gòu)見圖1）和15臺壓力監(jiān)測分站（通訊分站連接示意圖2），每超過15臺壓力監(jiān)測分站增加一臺供電電源。

圖1 通訊分站結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 通訊分站連接示意圖

2.2 礦壓監(jiān)測方案

（1）沿工作面傾斜方向,每隔5-6架在支架的前后柱各安裝一塊壓力連續(xù)監(jiān)測記錄儀,連續(xù)觀測支架前后柱的初撐力、工作阻力、時間加權(quán)阻力等。

（2）沿工作面傾斜方向,每隔5～6架,即與液壓支架載荷測站同步設(shè)宏觀統(tǒng)計測站,對端面頂板及煤壁的破碎情況進(jìn)行統(tǒng)計,同時,對工作面支架安全閥開啟情況進(jìn)行全面統(tǒng)計。

（3）每五日對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)做一次分析、匯總，每月寫一篇總結(jié)報告，并根據(jù)分析統(tǒng)計情況預(yù)測下一次來壓時間，以做好防備工作。

3 觀測結(jié)果分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、匯總

自2010年4月以來，根據(jù)每月對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、匯總，通過離散型數(shù)據(jù)分析（圖3），得出2-226工作面初次來壓步距、平均來壓周期和平均來壓步距的結(jié)論。

2-226工作面初次來壓步距為14m，正常割煤期間平均來壓周期為3天，平均來壓步距14.4m。

圖3 李雅莊煤礦2-226綜采工作阻力歷史數(shù)據(jù)分析曲線圖

2010年4 月至2011年1月2-226工作面每月平均來壓周期、來壓步距如下表1所示。

表1 每月平均來壓周期、來壓步距表

分別通過離散點分析和折線分析來壓周期和步距如圖4、圖5所示。

圖4 來壓周期表

圖5 來壓步距表

3.2 影響工作面來壓步距、來壓周期的因素主要分析

3.2.1 工作面推進(jìn)速度

圖6 特殊時期來壓周期情況

根據(jù)對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果（圖4、圖5），工作面正常割煤期間（每天割6刀煤）來壓步距12m～16m，平均14m，來壓周期平均3天；工作面煤壁片幫量較小，頂板情況較好，兩巷超前礦壓顯現(xiàn)較小。在特殊情況下（圖6）（每天割3刀煤）來壓步距15m～28m，平均21.5m，來壓周期平均8天；老頂斷裂時間較長，工作面液壓支架長時間處在高應(yīng)力區(qū)段，煤壁片幫量相對有所增多，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，兩巷超前礦壓顯現(xiàn)較明顯，不利于工作面安全管理和設(shè)備的維護。

工作面推進(jìn)速度較快時，臺階巖梁結(jié)構(gòu)模型起主導(dǎo)作用（圖7）。工作面推進(jìn)過程中，頂板還沒有完全破壞，巖塊之間仍然有一定的鉸接力進(jìn)行連接，頂板只有很少的一部分力作用在液壓支架上；隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，由于鉸接關(guān)系（砌體梁）的存在液壓支架上承受的力也隨之繼續(xù)增加，當(dāng)頂板巖塊之間的連接力不能滿足支撐上覆巖層的重量時，在采空區(qū)垮落，液壓支架上顯現(xiàn)的力也突然減小。

圖7 臺階巖梁結(jié)構(gòu)模型

工作面推進(jìn)速度較慢時，砌體梁結(jié)構(gòu)模型起主導(dǎo)作用（圖8）。工作面推進(jìn)過程中，上覆巖層砌體梁之間的連接，也會形成鉸接形式，因為推進(jìn)速度較慢，鉸接效果較好，液壓支架這時就充當(dāng)了一個支點；隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，由于鉸接關(guān)系（砌體梁）的存在液壓支架上承受的力也隨之繼續(xù)增加，當(dāng)頂板巖塊之間的連接力不能滿足支撐上覆巖層的重量時，在采空區(qū)垮落，液壓支架上顯現(xiàn)的力也突然減小。

圖8 砌體梁結(jié)構(gòu)模型

3.2.2 工作面埋深

2-601 工作面和2-226工作面選用的設(shè)備、地質(zhì)條件和支護形式基本相同，但是，2-601工作面埋藏深度在460m～570m之間，2-226工作面埋藏深度在568m～664m之間。2-601工作面來壓步距平均22m，來壓周期4.5天。相對2-226工作面來壓步距和周期都比較長，我們大膽假設(shè)在相同條件下埋藏深度越淺來壓步距、來壓周期就越長。建立簡單模型（圖 9）進(jìn)行計算:

圖9 上覆巖層示意模型

式中 F ——上覆巖層之間的鉸接力，設(shè)為定值；

f——上覆巖層作用在鉸接處所施加的力；

g——重力加速度9.81m/s2；

H——上覆的埋藏深度；

s——上覆巖層塊狀巖石的長度，設(shè)為定值；

從式中可以看出：當(dāng)H越大時f越大，也就是說開采深度越大時，上覆巖層作用在鉸接處所的力越大，巖塊鉸接處越容易斷裂，來壓步距越小。

另外，影響周期來壓步驟的因素還有：

①季節(jié)：從觀測數(shù)據(jù)上來分析，夏天工作面來壓步距、來壓周期較小，而冬天來壓步距、來壓周期卻較長；

②構(gòu)造：在構(gòu)造段來壓步距、來壓周期有所變化，通常是變小，但是有時也會出現(xiàn)變大的情況。

4 結(jié)論

通過礦壓觀測基本摸清工作面上覆巖層的運動規(guī)律,并制定了針對性的措施,加強頂板管理, 指導(dǎo)工作面安全生產(chǎn),為礦井高產(chǎn)、高效、安全、低耗實現(xiàn)均衡生產(chǎn)創(chuàng)造條件。同時，驗證了工作面三機配套的合理性、設(shè)備運行的可靠性,為礦今后在綜采工作面設(shè)備選型上,提供了有益的借鑒。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.024