李建文

淺談綜采工作面壓力觀測與預(yù)防

李建文

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司 安監(jiān)局，山西 介休 032000)

汾西礦業(yè)集團(tuán)新柳礦403綜放工作面由于頂板來壓、地板鼓起等礦壓顯現(xiàn)，已嚴(yán)重制約了正常生產(chǎn)。探討了應(yīng)做好工作面壓力檢測工作，以降低礦山壓力顯現(xiàn)帶來的危害，確保工作面安全。掌握頂板狀況觀測統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容和衡量指標(biāo)，及時(shí)采取措施，就能預(yù)防工作面頂板壓力顯現(xiàn)帶來的危害。

礦壓顯現(xiàn);工作面的壓力;壓力檢測;觀測與預(yù)防

工程質(zhì)量管理是采煤工作面安全管理的主要內(nèi)容。只有抓好工程質(zhì)量管理，才能確保安全生產(chǎn)。工程質(zhì)量首先是工作面的支護(hù)質(zhì)量。要保證支護(hù)設(shè)備的有效支撐能力，嚴(yán)格按作業(yè)規(guī)程規(guī)定進(jìn)行支護(hù)。認(rèn)真進(jìn)行工作面壓力檢測工作，確保工作面有一個(gè)安全的工作環(huán)境。

加強(qiáng)對綜采工作面材、運(yùn)兩巷及工作面的壓力觀測與預(yù)防已刻不容緩，由于頂板來壓、地板鼓起等礦壓顯現(xiàn)，已嚴(yán)重制約了煤礦的正常生產(chǎn)。2008年6月，新柳礦403綜放工作面由于運(yùn)巷頂板下沉量大，在此階段機(jī)頭支護(hù)困難，工作面推進(jìn)困難。在此階段，造成了機(jī)電設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p耗。礦壓顯現(xiàn)已給職工的安全及隊(duì)組的正常生產(chǎn)帶來了危害。同時(shí)，如何降低礦山壓力顯現(xiàn)帶來的危害，已經(jīng)成為煤礦面臨的共同課題。

1 頂板狀況觀測統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容和衡量指標(biāo)

1.1 頂板破碎度F和冒落敏感度E

頂板破碎度是指：冒落高度超過10 cm以上頂板，局部冒落面積所占觀測區(qū)頂板面積的10%，該指標(biāo)反映了頂板的易冒程度及管理狀況。

在實(shí)際觀測中，為了測量上的便利，常將頂板冒落面積和觀測區(qū)頂板面積的測量，簡化為具體的觀測剖面的頂板冒落寬度和觀測剖面的頂板寬度，其值則為相應(yīng)的比值。

為表現(xiàn)不同的觀測目的，控制區(qū)內(nèi)頂板破碎度可用以下幾個(gè)指標(biāo)來表達(dá)。

1.1.1 端面頂板破碎度F1

端面頂板破碎度系數(shù)指端面無支護(hù)空頂區(qū)范圍的頂板破碎程度，可表示為：

式中：

a—頂梁上第一接頂梁前端頭的距離，m;

b—頂梁前端至煤壁的距離，m;

c—煤壁片幫深度，m;

d1—端面無支護(hù)區(qū)冒頂?shù)膶挾?，m;

S1—端面無支護(hù)區(qū)頂板的寬度，S1=(a+b+c)，m。

1.1.2 頂梁上方頂板破碎F2

頂梁上方頂板破碎度系指控頂區(qū)有支護(hù)范圍內(nèi)的頂板破碎程度，可表示為：

式中：

di—支護(hù)范圍內(nèi)頂板冒落的高度(i=2，3，…，n)，m;

S—頂梁末端(控頂區(qū)邊界)至頂梁前端第一接頂點(diǎn)的距離，m。

1.1.3 頂板總破碎度F

頂板總破碎度系指整個(gè)控頂區(qū)內(nèi)的頂板破碎程度，可表示為：

式中：

S2—控頂區(qū)頂板寬度，m。

大量的觀測結(jié)果表明，端面頂板對礦山壓力反映最敏感，也最容易破碎，且對生產(chǎn)的影響最大。因此，端面頂板破碎度是頂板狀況統(tǒng)計(jì)觀測的重點(diǎn)項(xiàng)目。

實(shí)際觀測中，每天可固定觀測25個(gè)剖面(即25個(gè)支架)，25組端面頂板破碎度的平均值則為每天工作面端面頂板破碎度。觀測一般從基本頂初次來壓后開始。連續(xù)觀測一個(gè)月或工作面推進(jìn)50 m，將每天的端面頂板破碎度加以平均，則可得工作面端面頂板平均破碎度。

端面破碎度和端面頂板懸露寬度有關(guān)，焦作工學(xué)院曾在鶴壁三礦22081工作面進(jìn)行頂板統(tǒng)計(jì)觀測，回歸得出頂板破碎度與端面頂板懸頂寬度L(mm)的關(guān)系為：

用端面頂板平均破碎度作為對比指標(biāo)，忽略了端面懸頂寬度對端面頂板破碎度的影響，為使評價(jià)端面破碎狀態(tài)有一個(gè)更完善的指標(biāo)，提出了冒落敏感度E，E相當(dāng)于端面頂板懸露1 m時(shí)的端面破碎度。

頂板冒落敏感度在一定程度上反映了頂板的穩(wěn)定性，有助于頂板分級與支架選型。根據(jù)頂板冒落敏感度的大小將頂板管理的難易程度分成4級，見表1。

表1 以頂板冒落敏感度進(jìn)行的頂板分級

1.2 片幫深度

片幫深度C是指煤壁倒塌的最大深度，見圖1。片幫深度的大小，往往是反映煤壁前方支承壓力大小和支架支撐力(總支撐力和端面支撐力)是否足夠的一個(gè)指標(biāo)。因此，它可以作為一個(gè)單獨(dú)的頂板統(tǒng)計(jì)觀測指標(biāo)。另一方面，片幫深度又是端面頂板破碎度和頂板冒落敏感度統(tǒng)計(jì)分析中的重要參數(shù)。

片幫深度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)應(yīng)包含兩個(gè)方面：

1)平均片幫深度及其均方差。

2)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中片幫深度大于0.5 m者出現(xiàn)的比率 fc，即：

式中：

n—片幫深度大于0.5 m的數(shù)目;

25—剖面數(shù)，常取25個(gè)觀測目標(biāo)。

圖1 片幫深度示意圖

片幫深度隨采高增大而加劇，它不僅增大控頂寬 度，且延長支護(hù)滯后時(shí)間，促使頂板惡化。

新柳礦北翼01工作面在初采一段時(shí)間后，工作面中部片幫嚴(yán)重，致使頂板條件惡化，出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象，極易壓住前刮板輸送機(jī)，影響生產(chǎn)。

1.3 頂板冒落高度

頂板冒落高度h也是礦壓顯現(xiàn)統(tǒng)計(jì)觀測的重要內(nèi)容，因?yàn)轫敯鍘r層若受礦山壓力的作用大，裂隙發(fā)展的深度必然也大，冒落的高度也就大。所以，在統(tǒng)計(jì)頂板破碎度和頂板冒落敏感度時(shí)必須給出頂板冒落高度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，它包括如下兩個(gè)內(nèi)容：

1)平均頂板冒落高度及其均方差;

2)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)冒落高度超過0.5 m的比率fh，即：

式中：

n—冒落高度大于0.5 m的數(shù)目;

25—剖面數(shù)(常取25個(gè)觀測目標(biāo))。

在觀測中，對于冒高小于0.5 m的冒落一般不算，采礦界認(rèn)為冒高小于0.5 m屬于冒落范圍，而大于0.5 m屬于支架支撐壓力不夠或由于周期來壓引起的。

1.4 頂板臺階下沉

頂板出現(xiàn)臺階下沉主要是反映支架阻力不夠或支架頂梁上破碎矸石太厚，甚至由于大量碎矸、漏矸流入工作空間，支架頂梁架空，使得支架實(shí)際支撐能力很低。支架支撐能力越低，頂板出現(xiàn)臺階下沉越頻繁，每個(gè)臺階的落差就越大，見圖2。

2 結(jié)論

頂板下沉主要統(tǒng)計(jì)各個(gè)觀測剖面的臺階下沉個(gè)數(shù)m，在觀測剖面內(nèi)由臺階造成的頂板總落差t。計(jì)算每日25個(gè)剖面內(nèi)出現(xiàn)臺階下沉的剖面所占的比例。

圖2 頂板臺階下沉示意圖

除上述4項(xiàng)主要觀測內(nèi)容外，頂板狀況統(tǒng)計(jì)觀測還包括：頂梁上浮煤、浮矸厚度，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，巖性變化，支架、支柱安全閥的開啟，支架、支柱的損壞情況等，具體觀測內(nèi)容應(yīng)視研究項(xiàng)目的目的和工作面的實(shí)際情況而定。

如果煤礦各組隊(duì)在實(shí)際生產(chǎn)過程中能夠很好的掌握以上觀測內(nèi)容和參數(shù)，就能夠及時(shí)的采取措施，預(yù)防工作面頂板壓力顯現(xiàn)帶來的危害。就能保障工作面安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)，各機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

Observation and Prevention on Pressure in Fully Mechanized Working Face

Li Jian－wen

Because of mine pressure appearance，such as roof pressure and floor summoned up，on 403 fullmechanized caving mining face in Xinliu coal mine of Fenxi mining group，the normal production has been severely restricted.Discusses that the pressure testing should be done in order to reduce the harm caused by mine pressure appearance and ensure the safety of the mining face.Mastering the contents and the measure index of observing and statistics of roof condition，taking measures timely，these can prevent the dangers caused by pressure appeared on working face roof.

Mine pressure behavior;The working face pressure;Pressure testing;Observation and prevention

TD326

A

1672－0652(2012)07－0024－03

2012－05－05

李建文(1963—)，男，山西沁縣人，1986年畢業(yè)于汾礦集團(tuán)職工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦技術(shù)管理工作(E －mail)hyzfmkj@sina.com