賈 軍

(山西焦煤霍州煤電集團 汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞 041600)

1 工程概況

山西霍州煤電集團三交河煤礦2-502工作面開采2號煤層。煤層位于二疊系下統(tǒng)山西組，煤層均厚為4.2 m，平均傾角為2°，煤層穩(wěn)定可采，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含兩層夾矸，直接頂巖層為泥巖和粉砂巖互層，基本頂巖層為中砂巖，均厚7.2 m，底板巖層為泥巖和中砂巖。2-502工作面采用大采高綜采采煤方法，采高為4.2 m，循環(huán)進度為0.8 m，工作面內(nèi)液壓支架采用ZY12000/22/35型支撐掩護式液壓支架。為充分掌握工作面回采期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架的適應(yīng)性，特進行礦壓規(guī)律的實測分析。

2 工作面礦壓顯現(xiàn)特征

為分析掌握2-502工作面回采期間的礦壓特征，采用尤洛卡在線監(jiān)測系統(tǒng)進行工作面回采期間支架工作阻力的實時監(jiān)測，以總結(jié)分析工作面頂板的來壓規(guī)律，為全面對工作面區(qū)域的礦壓特征進行分析，現(xiàn)將工作面劃分為上部、中部和下部3個區(qū)域，每個區(qū)域進行2個液壓支架工作阻力的監(jiān)測，工作面上部區(qū)域監(jiān)測20號和37號液壓支架，中部區(qū)域監(jiān)測56號和61號液壓支架，工作面下部區(qū)域監(jiān)測86號和102號支架。

根據(jù)2-502工作面回采期間的礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，工作面上部、中部和下部不同支架處的工作阻力曲線基本表現(xiàn)為相同的變化趨勢[1-3]，現(xiàn)具體以20號、56號和86號支架分別代表工作面上部、中部和下部進行具體分析，工作阻力曲線如圖1所示。

分析圖1(a)可知，2-502工作面回采期間，其上部的周期來壓平均步距為16.9 m，基本頂來壓期間的影響范圍為5.5 m。從圖中能夠看出，20號支架的末阻力平均動載系數(shù)為1.19，液壓支架的時間加權(quán)阻力平均動載系數(shù)為1.13，工作面頂板來壓期間支架循環(huán)末阻力和時間加權(quán)工作阻力的平均值分別為8 264.6 kN和7 536.6 kN，其分別占到支架額定工作阻力的68%和62%.

分析圖1(b)可知，工作面回采期間中部基本頂?shù)钠骄芷趤韷翰骄酁?2 m，基本頂來壓時平均影響范圍為7.9 m，液壓支架末阻力和時間加權(quán)阻力的平均動載系數(shù)分別為1.17和1.19，支架循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力平均值分別為9 211.8 kN和7 427.4 kN，分別占到液壓支架額定工作阻力的77%和62%.

圖1 工作面液壓支架工作阻力曲線

分析圖1(c)可知，工作面回采期間下部基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄酁?6.4 m，基本頂周期來壓的影響范圍約為5.7 m，液壓支架的循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力平均動載系數(shù)分別為1.32和1.37，工作面來壓時，支架循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力的平均值分別為9 527.3 kN和8 084.5 kN，其分別占到支架額定工作阻力的79%和67%.

綜合上述分析可知，工作面上部、中部和下部基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗟钠骄捣謩e為16.9 m、21.9 m和16.4 m，工作面內(nèi)整體周期來壓步距為18.4 m，工作面動載系數(shù)分別為1.28、1.17和1.32?；谏鲜隹芍?，工作面來壓期間的影響范圍大致相同，工作面區(qū)域動載系數(shù)呈現(xiàn)出兩端大、中部小的特征，基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗤瑯映尸F(xiàn)為兩端小、中部大的特征。

3 支架適應(yīng)性分析

為有效分析2-502工作面回采期間液壓支架的適應(yīng)性，現(xiàn)分別從液壓支架支護阻力的頻率分布和支架的增阻特性方面進行支架整體適應(yīng)性進行分析[4-6]。

1) 支護阻力頻率分布：通過對工作面回采期間上部液壓支架的工作阻力進行監(jiān)測分析，得出工作面上部、中部和下部支架末阻力和時間加權(quán)阻力分布直方圖，如圖2所示。

圖2 工作面支架阻力分布直方圖

分析圖2(a)可知，工作面上部支架的初撐力基本均在5 722～8 722 kN的范圍內(nèi)，其占到總體的81.6%，該范圍的初撐力達到額定初撐力的74%以上；初撐力小于額定初撐力74%的比例僅占到17.4%。工作面上部液壓時間加權(quán)阻力基本落在4 000～10 000 kN的范圍內(nèi)，其達到總量的99.5%，該范圍內(nèi)的加權(quán)阻力占到額定阻力的33%～83%.

分析圖2(b)可知，工作面中部支架初撐力基本均在4 722～8 722 kN的范圍內(nèi)，占到總量的83.2%，初撐力小于額定阻力61%的比例為10.7%；支架時間加權(quán)阻力基本均在4 000～10 000 kN范圍內(nèi)，其占到總量的91.3%，該范圍內(nèi)的時間加權(quán)阻力占到額定阻力的33%～83%.

分析圖2(c)可知，工作面下部支架初撐力基本均在4 722～7 722 kN的范圍內(nèi)，其占到總量的69.7%，該范圍內(nèi)支架的工作阻力占到額定初撐力的61%～100%；支架時間加權(quán)工作阻力基本均在4 000～10 000 kN的范圍內(nèi)，占到總量的85.1%，該范圍內(nèi)時間加權(quán)阻力占到額定工作阻力的33%～83%.

綜合上述分析可知，2-502工作面支架的初撐力強度較為合理，且通過對比可知，工作面上部液壓支架的初撐力相對較小，工作面上部、中部和下部支架初撐力大于額定初撐力70%的比例分別為81.6%、83.2%和88%，工作面下部支架初撐力相對較好；工作面支架阻力整體呈現(xiàn)正態(tài)分布特征，且支架阻力呈現(xiàn)明顯的中間大、兩端小的特征，工作面上部、中部、下部支架工作阻力超過額定80%的比例分別為1%、8.7%和5.6%，這表明工作面下部液壓支架受到頂板的作用相對較大。

2) 支架增阻特性：根據(jù)工作面回采期間液壓支架工作阻力的監(jiān)測分析結(jié)果，能夠得出工作面不同區(qū)域液壓支架工作過程中的增阻狀況[7-8]，現(xiàn)為有效分析工作面上部、中部和下部支架的增阻狀況，分別選取20號支架、56號支架和86號支架分別代表工作面上部、中部和下部區(qū)域進行支架增阻特征分析，具體支架增阻特征如圖3所示。

分析圖3可知，工作面上部區(qū)域20號液壓支架和工作面中部56號液壓支架的工作阻力增加值在2 000～3 000 kN范圍內(nèi)的比例較大，其分別占到區(qū)域總值的30.3%和35.2%，工作面下部液壓支架工作阻力增加值在3 000～4 000 kN范圍內(nèi)的數(shù)值較大，其占到總體值的30.8%.據(jù)此可知，工作面下部支架工作阻力的增加幅度較大，而工作面中部在3 000～4 000 kN范圍內(nèi)的增阻比例比工作面上部要大。

圖3 工作面液壓支架增阻特性直方圖

綜合上述分析可知，2-502工作面采用ZF12000/23/37型支撐掩護式液壓支架，工作面上部、中部和下部支架工作阻力的平均值分別為8 264.6 kN、9 211.8 kN和9 527.3 kN，其分別占到額定工作阻力的68%、77%和79%，另外從工作面回采期間支架阻力分布分析可知，工作面中部和下部液壓支架的工作阻力相對較大，工作面內(nèi)液壓支架初撐力基本達標，回采期間支架工作阻力富裕系數(shù)相對較小。據(jù)此可知，ZF12000/23/37型支撐掩護式液壓支架能有效滿足工作面回采期間的使用要求。

4 結(jié) 語

根據(jù)2-502工作面地質(zhì)及開采條件，通過工作面回采期間現(xiàn)場監(jiān)測的方式進行礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的分析，基于分析結(jié)果得出工作面內(nèi)整體周期來壓步距為18.4 m，工作面區(qū)域周期來壓步距和動載系數(shù)均呈現(xiàn)出兩端大、中部小的特征，ZF12000/23/37型支撐掩護式液壓支架適應(yīng)性較好，能滿足工作面的回采使用要求。