趙 劍
(山西忻州神達金山煤業(yè)有限公司,山西 忻州 719400)
12號煤層位于山西組中下部,煤厚1.09~2.76m,平均2.2m,煤層傾角7°~9°。12103工作面位于121采區(qū),工作面東部為12104運輸順槽,西部為井田邊界,南部為12#煤輔運下山,北部為礦井邊界。12103綜采工作面長度146m,走向長度617m,選用ZY5600/16/32型掩護式液壓支架,共102架。為分析12103綜采面頂板活動及支架荷載分布規(guī)律,在工作面設置礦壓觀測站,進行礦壓實測,為頂板管理提供支持。
礦壓觀測內容:(1)液壓支架前后立柱工作參數,包括工作阻力、初撐力等;(2)液壓支架幾何位態(tài),包括運輸機走向角、立柱走向角、頂梁臺階、立柱傾向角、采高等;(3)液壓支架失效情況,包括機械原件損壞、系統(tǒng)失效與故障部位等;(4)頂板動態(tài)與煤體片幫,包括冒頂范圍、片幫深度、片幫范圍、端面距、冒高等。
根據提取數據及礦壓記錄,對工作面頂板活動規(guī)律、來壓特征、工作面支架受力特點、工作面支護質量等進行定期分析。采用開發(fā)的監(jiān)控軟件進行處理,包括日常輸入和計算整理數據,并通過計算得到工作面宏觀動態(tài)事故隱患圖與監(jiān)控日報,對數據庫數據進行分析處理,結合12103工作面綜合資料,得到“液壓支架壓力-時間圖”、“支架失效監(jiān)測專題報告”、“工作面支架壓力分布圖”等,最終提出“支架-圍巖”處理措施。
12103 工作面安裝KJ693煤礦頂板礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng),根據綜采面液壓支架布置情況,每隔10架安裝一臺壓力傳感器。在工作面和運輸、回風順槽中共布置以下兩種礦壓觀測區(qū):
(1)工作面支架工作阻力測區(qū):布置11臺GPD60W礦用本安型無線頂板壓力傳感器,分別在10、20、30、40、50、60、71、81、91、101號液壓支架安裝。
(2)頂板離層測區(qū):在工作面兩順槽每隔50m處設觀測站,分別在頂板安裝頂板離層指示儀,檢測頂板離層量。
礦壓觀測組技術員每天負責對工作面超前支護20m范圍內單體支柱進行初撐力抽查,初撐力不低于90kN(Φ100mm單體支柱≥11.4MPa)。對工作面綜采支架進行初撐力抽查,初撐力不低于規(guī)定值31.5MPa的80%(≥24MPa),泵站壓力不得低于31.5MPa,乳化液配比濃度達3%~5%。
工作面動態(tài)觀測:自下巷始,10架一組,用測尺觀測頂板動態(tài)與片幫情況,測每組片幫、冒頂參數,至上巷止;頂板離層儀初次安裝觀測時間為前7d每天觀測一次,7d后每2d觀測一次;支架觀測:7~15d觀測組技術員采用人工觀測的方法逐架檢測支架失效情況,用坡度規(guī)和測尺觀測支架幾何位態(tài)。定期采集工作面礦壓數據,監(jiān)控計算機礦壓觀測系統(tǒng),根據礦壓數據,及時對工作面進行來壓預報,以便及時采取針對性措施。
首采面布置11條測線,進行為期40d的現場觀測,數據分析與總結如下。
(1)梁端距觀測數據分析
前半個月觀測液壓支架梁端距≥340mm的平均比例為29.6%,之后梁端距≥340mm的情況較少出現。為期40d的現場觀察統(tǒng)計中,液壓支架梁端距≥300mm的平均比例約為52.7%。整體觀測分析來看,早期梁端距控制效果不好,中后期則表現出較好的控制效果。因此來壓時要嚴格按支架操作的基本要求操作,組織快速推進,液壓支架梁端距不應大于340mm,應采用“帶壓移架法”及時拉架。
(2)端面距觀測分析
整個觀察期間,液壓支架端面距≥340mm的情況時有出現,每次觀測時端面距≥300m的支架比例為13.5%~49.6%,端面距≥340mm的支架平均比例為27.5%。由此可見,在整個觀察期,支架頂梁接頂效果不理想。
(3)工作面來壓前后基本情況
在現場觀測初期,12103工作面沒有片幫與冒頂現象發(fā)生,但隨著綜采面的不斷推進,頂板壓力越來越大,頂板冒頂、支架穿底與漏液、支架間兩臺階等情況也有發(fā)生,表明基本頂來壓可能性越來越大,需要采取相應措施。
102 架液壓支架,每10架安裝一個壓力傳感器于支架上下側立柱,首采面投產后觀測組技術員每日三測,讀取壓力數值,并進行記錄。從整個觀測期間的統(tǒng)計結果來看,同一液壓支架立柱工作壓力差值較大,初撐力與工作阻力較低。初次來壓時,液壓支架立柱的平均工作壓力差值較小。整個實測周期內,液壓支架立柱初撐力達到額定工作壓力的80%(24MPa)時的比例不足25%,初撐力達到額定工作壓力的60%(18MPa)時的比例則僅占60%左右,高達3.5%的立柱工作壓力為0。說明12103綜采面液壓支架的工作阻力與初撐力利用率不高,需加強管理,此外還需確保支柱初撐力達到設計要求,進行必要的改進。
為期40d的現場觀測,共觀測了6次周期來壓,工作面來壓具體狀況的數據統(tǒng)計如表1所示。
表1 12103工作面周期來壓狀況統(tǒng)計結果
從12101綜采面的曲面圖進行周期來壓分析可知,周期來壓步距為25~40m,平均35m,推斷12103綜采工作面來壓周期穩(wěn)定,周期來壓步距為25~40m,平均35m。從實測數據來看,首次大面積垮落期間工作面支架基本穩(wěn)定,強度與以后發(fā)生的周期來壓相當,來壓步距較大是因為工作面推進中強制放頂造成基本頂發(fā)生斷裂,初次垮落步距相當于兩次周期來壓的步距,因此在計算平均值時,以后五次的來壓步距為參考數據。由實測可知,12103綜采面周期來壓步距為25.7~39.9m,平均34.5m,這與推斷的數據結果比較接近。
(1)經過實測,12103綜采面的周期來壓步距為25.7~39.9m,平均34.5m,這與12101工作面的推斷結果比較接近,說明推斷結果基本吻合實測。
(2)第一次周期來壓當工作面推進到離切眼30m時強制放頂,能夠減輕初次來壓影響。
(3)周期來壓期間,出現嚴重片幫和冒頂現象,且淋水大,影響生產,整體上無支架推倒與壓垮現象,但支架工作狀態(tài)不理想,沒有充分發(fā)揮其功能,因此需要對支架參數進行調整,在周期來壓將來臨時,做好支護工作與頂板控制管理工作。