文/楊伯達張廣超

五家溝煤業(yè)5201綜放面礦壓觀測及其顯現(xiàn)規(guī)律研究

文/楊伯達張廣超

山西朔州山陰金海洋五家溝煤業(yè)有限公司5201綜放工作面因煤層厚度大，結(jié)構(gòu)復雜，夾矸層多，加之受砂巖、泥巖的復合型頂板的影響，工作面開采過程中片幫、冒漏頂現(xiàn)象頻繁，甚至出現(xiàn)支架壓死、掩護梁焊縫開裂、耳座斷裂等異常礦壓現(xiàn)象。因此，開展5201綜放面礦壓觀測，研究其顯現(xiàn)規(guī)律，對于分析評價工作面支架與圍巖的適應性、確定支架工況、合理選擇并改進支架具有重要意義。

一、地質(zhì)生產(chǎn)條件

五家溝煤業(yè)公司5201綜放工作面位于五家溝井田二采區(qū)，主采5#煤層，煤層厚度10.0m～12.0m，平均10.84m，全井田普遍發(fā)育，含夾矸0～4層，夾矸層厚0～1m，屬全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

頂板巖性為砂質(zhì)泥巖，厚度為1m，老頂為中粗砂巖，厚度為10m，底板為砂質(zhì)泥巖，厚度為1m。

工作面傾斜長度300m，走向長度2200m，采高3.3m，放煤高度為7.2m，采放比1∶2.18，落煤采用MG650/1510-WD型交流電牽引采煤機，支護采用ZF10000/23/37型支撐掩護式液壓支架。

二、測站布置

根據(jù)5201綜放工作面存在異常礦壓的現(xiàn)象，五家溝煤業(yè)公司以礦山壓力與巖層控制理論為基礎，確定了礦壓觀測主要內(nèi)容包括支架立柱的液壓信息，端面冒漏片幫和支架幾何位態(tài)信息，要求工作人員每1～2天下井采集一次數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理，以確定頂板運動的基本參數(shù)、工作面支架工況和端面頂板控制情況。

為使測站的布置具有代表性，結(jié)合5201綜放工作面實際地質(zhì)賦存和生產(chǎn)狀況，在工作面均勻布置5個測站，分別設在10#、55#、100#、145#、190#支架處，礦壓觀測測站布置圖如圖1所示。

圖1礦壓觀測測站布置圖

三、工作面礦壓規(guī)律及其特征

1.支架液壓信息變化規(guī)律

5201綜放工作面礦壓觀測從2010年12月1日起，到2012年1月17日結(jié)束，在此期間工作面推進180m，共經(jīng)歷四次周期來壓。依據(jù)井下觀測所得原始資料，取工作面的推進度為橫坐標，前后柱液壓為縱坐標，繪制支架前后柱液壓與冒高、片幫隨推進度的變化特征曲線。圖2為5201綜放工作面典型支架液壓信息及冒頂片幫變化特征曲線。

現(xiàn)場調(diào)研分析得出，老頂?shù)某醮蝸韷翰骄嗥骄禐?9.0m。由圖2可知，工作面下部、中下部、中部、中上部、上部老頂周期來壓步距分別為32.8m、30.2m、28.8m、30.3m、29.5m。由此可得五家溝煤業(yè)5201綜放工作面老頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗥骄禐?0.31m。

周期來壓期間，整個工作面立柱液壓較未來壓時明顯增大，來壓動載系數(shù)平均值為1.38。其中，工作面中部來壓期間支架立柱的液壓值達到39.5MPa，而未來壓時僅為26.8MPa，來壓動載系數(shù)為1.47，來壓強度較大。

ZF10000/23/37型支撐掩護式液壓支架額定工作阻力為40.6MPa，整個工作面支架立柱液壓信息大于40MPa占2.64%，大于24MPa占52.94%，小于8MPa僅占6.87%，整個工作面支架出現(xiàn)了少量支柱液壓超過額定值的現(xiàn)象。但總體來說，整個工作面壓力分布正常，ZF10000/23/37支架的工作性能處于良好的狀態(tài)。

2.支架幾何位態(tài)的分布特征探析

采用鋼卷尺、鋼板尺和坡度規(guī)等測量儀器對5201綜放工作面支架的立柱傾向角、頂梁臺階、頂梁俯仰角、端面距進行觀測。數(shù)據(jù)分析表明：工作面支架立柱傾向角大于5°的液壓支架占所測支架的22%，傾角在3～5°之間的占所測支架的18%，而工作面傾角不大于3°的占所測支架的60%；頂梁臺階大于0.20m的僅占6%，在0.1～0.2m之間的占到22%，小于0.1m占總數(shù)的72%。頂梁俯仰角大于5°的占到31%，在3°～5°之間的占所測支架的10%，而不大于3°的占到59%；端面距大于0.8m的占所測總支架數(shù)的4%，小于0.3～0.8m的占總數(shù)的39%，而端面距小于0.3m的占到了57%。

整體來說，5201綜放工作面支架幾何位態(tài)基本控制在正常的變化范圍內(nèi)，支架工作狀態(tài)良好，小范圍區(qū)域出現(xiàn)頂梁臺階大、頂梁俯仰大、端面距大的異?，F(xiàn)象，可在開采過程中加強相關區(qū)域的控制。

3.端面頂板片幫冒頂情況

端面煤巖體冒（漏）頂片幫是綜放開采的關鍵技術(shù)參數(shù)，通過對5201綜放工作面端面煤巖體冒（漏）頂片幫狀況的現(xiàn)場實測。經(jīng)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出5201綜放工作面冒（漏）頂、片幫狀況分布特征如圖3所示。

由圖3可知，5201綜放工作面片幫主要集中在0～0.25m和 0.25～0.5m范圍內(nèi)，分別占61%及30%，發(fā)生過大于1m的片幫情況，主要集中在工作面中部和中上部區(qū)域；冒頂多集中在0～0.25m范圍內(nèi)，且沒有大于0.75m的冒頂。因此，在后期開采實踐中要加強中部及中下部區(qū)域端面煤巖體的控制，尤其是在周期來壓期間。

圖35201工作面片幫冒頂直方圖

四、結(jié)論

1.老頂周期來壓步距平均值為30.31m，其間動載系數(shù)為1.38。其中，中部動載系數(shù)達到1.47，來壓強度較大，整個工作面壓力分布正常，基本都在工作阻力范圍之內(nèi)，ZF1000/23/37支架可滿足工作面支護需求。

2.整個工作面支架幾何位態(tài)都在正常變化范圍內(nèi)，支架工作狀態(tài)良好；端面頂板冒頂較少，且冒高多集中在0～0.25m范圍內(nèi)，片幫情況較多，曾出現(xiàn)過片深大于1m的事故。因此要在后期開采過程中，特別是在周期來壓期間加強5201綜放工作面端面頂幫控制。

（作者單位：中煤集團山西金海洋能源有限公司，中國礦業(yè)大學(北京)）

（責任編輯：周瓊）