黃思強(qiáng)

（河南能源化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

隨著煤炭開采技術(shù)與水平的提高，通過(guò)加長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度提高煤炭資源回收率，減少資源占有成本[1-2]。工作面長(zhǎng)度加長(zhǎng)，采場(chǎng)覆巖破斷及移動(dòng)規(guī)律將發(fā)生顯著改變，出現(xiàn)應(yīng)力分布復(fù)雜、礦壓顯現(xiàn)劇烈等問題[3-4]。本文對(duì)陳四樓煤礦2803 超長(zhǎng)工作面液壓支架工作阻力進(jìn)行實(shí)測(cè)，分析基本頂破斷特征及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，揭示超長(zhǎng)工作面基本頂來(lái)壓破斷機(jī)理與覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為類似工作面提供參考和借鑒。

1 概況

陳四樓2803 超長(zhǎng)工作面位于井田八采區(qū)，主要開采二2 煤層。工作面呈東西方向布置，工作面埋深585～708 m，走向長(zhǎng)1306～1315 m，傾向斜長(zhǎng)367 m，平均煤厚2.64 m。直接頂為泥巖，平均厚3.84 m；基本頂為中砂巖，平均厚13.28 m；直接頂為泥巖，平均厚4.67 m。工作面布置液壓支架247 架。

2 來(lái)壓步距理論計(jì)算

（1）初次來(lái)壓步距計(jì)算

隨著工作面往前推進(jìn)，頂板懸露長(zhǎng)度不斷加大，當(dāng)達(dá)到極限跨距時(shí)，基本頂發(fā)生破斷。當(dāng)基本頂初次破斷前，可將基本頂看作四周固定的彈性梁結(jié)構(gòu)，其基本頂垮落步距L1可用公式（1）[5]：

式中：h為基本頂厚度，m；RT為基本頂抗拉強(qiáng)度，MPa；q為基本頂載荷集度，MPa。

根據(jù)頂板巖層柱狀圖，可得基本頂為13.28 m厚的中粒砂巖，載荷集度為0.29 MPa，由實(shí)驗(yàn)室測(cè)得其抗拉強(qiáng)度RT為2.10 MPa。代入上式可得2803工作面初次來(lái)壓步距為50.5 m。

（2）周期來(lái)壓步距計(jì)算

基本頂初次來(lái)壓發(fā)生破斷，使得圍巖結(jié)構(gòu)由原來(lái)的固定梁變?yōu)楹?jiǎn)支梁，此時(shí)基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距L2可采用公式（2）[5]計(jì)算：生初次來(lái)壓，工作面礦壓顯現(xiàn)較明顯，但大部分液壓支架工作阻力仍有一定富余，支架工作狀態(tài)良好。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，工作面基本頂初次來(lái)壓步距為48.5～50.3 m，平均49.4 m，動(dòng)載系數(shù)為1.02～1.21，平均1.12，動(dòng)載系數(shù)較小，說(shuō)明工作面推進(jìn)期間，頂板受力均勻，來(lái)壓較小。

將各參數(shù)代入公式（2）算得周期來(lái)壓步距為20.8 m。

理解幼兒的思維和需要是教育的基礎(chǔ)和前提，所以家長(zhǎng)和教師應(yīng)當(dāng)在對(duì)幼兒細(xì)致觀察的基礎(chǔ)上來(lái)分析幼兒的行為，以此確定幼兒活動(dòng)的價(jià)值。充分利用兒童對(duì)一切事物無(wú)邊的好奇的這一特點(diǎn)，在保護(hù)好兒童好奇心的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)他們創(chuàng)造力與想象力的發(fā)展。

3 超長(zhǎng)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

3.1 支架阻力監(jiān)測(cè)方案

礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備采用KJ24 型礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要對(duì)工作面ZY5000-16/35 型液壓支架工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為保證監(jiān)測(cè)精度，沿工作面傾向共布置36臺(tái)數(shù)字壓力計(jì)，監(jiān)測(cè)設(shè)備布置間距為7～8 臺(tái)液壓支架。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較多，僅在液壓支架上、中、下部各選取3 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，具體支架編號(hào)為：21#、53#、85#、101#、133#、165#、181#、205#、237#。其中以85#和181#為界，將工作面支架分為上部、中部和下部支架?；夭蛇^(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)支架工作阻力及工作面來(lái)壓情況。支架監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1。

圖1 工作面液壓支架監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

3.2.2 工作面周期來(lái)壓特征

（1）支架周期來(lái)壓判據(jù)計(jì)算

通過(guò)日加權(quán)阻力和日最大工作阻力對(duì)工作面來(lái)壓步距進(jìn)行分析，以支架的平均阻力與其均方差之和作為判斷頂板來(lái)壓的主要指標(biāo)。頂板來(lái)壓判據(jù)計(jì)算的公式為Pt=Pj+σp，式中：Pj為循環(huán)末阻力的平均值；σp為支架循環(huán)末阻力的均方差。

（2）周期來(lái)壓步距分析

通過(guò)分析工作面支架日加權(quán)工作阻力及最大阻力曲線圖，確定不同部位支架的周期來(lái)壓次數(shù)及周期來(lái)壓步距，進(jìn)而分析整個(gè)工作面頂板周期來(lái)壓規(guī)律。

由表1 可知，觀測(cè)期間，工作面共經(jīng)歷了6 次周期來(lái)壓，最小來(lái)壓步距為16.9 m，

表1 基本頂周期來(lái)壓步距

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.2.1 液壓支架工作阻力概述

圖2 101#支架工作阻力分布曲線

最大來(lái)壓步距24.6 m，平均20.4 m。工作面上、中、下部液壓支架平均周期來(lái)壓步距依次為20.9 m、17.9 m 和22.4 m。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，工作面中部周期來(lái)壓步距小于兩端周期來(lái)壓步距。這可能是因?yàn)槌L(zhǎng)工作面中部首先產(chǎn)生裂隙并發(fā)生破斷，隨著工作面向前推進(jìn)，工作面基本頂裂隙開始由中部逐漸向工作面兩端發(fā)育，導(dǎo)致工作面中部來(lái)壓步距相對(duì)較小，而兩端來(lái)壓步距相對(duì)較大。

3.2.3 液壓支架平均循環(huán)末阻力

工作面不同區(qū)域液壓支架平均循環(huán)末阻力值統(tǒng)計(jì)情況如圖3。

圖3 工作面支架平均循環(huán)末阻力分布情況

由圖3 可知，液壓支架循環(huán)末阻力較平穩(wěn)，工作面推進(jìn)期間支架受力較均勻。其中，支架平均循環(huán)末阻力為3 842.8 kN，為額定工作阻力的76.9%，說(shuō)明支架阻力仍有一定富余量，整體上工作狀態(tài)良好。值得注意的是，工作面兩端平均循環(huán)末阻力為3 980.1 kN，中部支架平均循環(huán)末阻力為3 568.1 kN，工作面阻力在傾向上表現(xiàn)出明顯的差異性，即工作面中部支架平均循環(huán)末阻力明顯低于工作面兩端支架平均循環(huán)末阻力，這與周期來(lái)壓顯現(xiàn)規(guī)律一致。

3.2.4 液壓支架工作阻力頻率分布情況

液壓支架工作阻力頻率分布特征是評(píng)價(jià)其工作性能和頂板沖擊程度的主要依據(jù)，合理的工作阻力分布特征應(yīng)為一個(gè)近似的正態(tài)分布。對(duì)支架循環(huán)阻力按每個(gè)區(qū)間寬度為720 kN 劃分若干個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)各液壓支架工作阻力在各區(qū)間段百分比，支架工作阻力分布頻率統(tǒng)計(jì)如圖4。

由圖4 可知，工作面液壓支架工作阻力總體呈正態(tài)分布，其中工作面支架處于低阻力區(qū)（0～2160 kN）的比例占30.4%，中阻力區(qū)（2160～4320 kN）的比例占57.5%，高阻力區(qū)（＞4320 kN）的比例占12.1%。這說(shuō)明工作面推進(jìn)過(guò)程中，支架總體處于正常工作狀態(tài)。工作面上部及下部區(qū)域支架工作阻力主要分布頻率為2880～5000 kN，要大于中部的1440～3600 kN。說(shuō)明工作面推進(jìn)過(guò)程中，中部支架的受力總體小于工作面兩端。

圖4 上中下三部支架工作阻力分布頻率統(tǒng)計(jì)圖

4 超長(zhǎng)工作面來(lái)壓機(jī)理分析

工作面長(zhǎng)度增加后，工作面基本頂沿傾向的垮落程度難以同步，影響超長(zhǎng)工作面的正?；夭伞；卷敺謪^(qū)破斷特征如圖5。

圖5 基本頂分區(qū)破斷特征

由圖5 可知，工作面傾向上覆巖層形成拱形承壓結(jié)構(gòu)，根據(jù)拱的非線性理論[6]，其基本頂破斷特征可大致分為三個(gè)階段：（a）中部裂隙發(fā)育階段。根據(jù)拱結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，由于工作面長(zhǎng)度加長(zhǎng)，工作面中部裂隙優(yōu)先發(fā)育。即受到巖層上覆載荷及采動(dòng)影響時(shí)，基本頂中部裂隙發(fā)育擴(kuò)展速度快于工作面兩端而首先形成貫通的宏觀裂縫。（b）中部頂板破斷階段。隨著中部基本頂裂隙不斷接續(xù)發(fā)展，破裂演化直至貫通形成宏觀裂縫。此時(shí)，頂板中部下方采空區(qū)不斷被壓密，應(yīng)力集中區(qū)范圍增大并向工作面兩端擴(kuò)張。（c）中部應(yīng)力轉(zhuǎn)移階段。隨著應(yīng)力集中程度加大，工作面中部發(fā)生局部破斷并釋放應(yīng)力，而工作面兩端形成的懸臂梁結(jié)構(gòu)起主要承壓作用，使得工作面中部應(yīng)力轉(zhuǎn)移至巷道兩端，最終形成應(yīng)力“中間小，兩端大”的分布特征。因此，頂板破斷垮落的分區(qū)現(xiàn)象最終引起了超長(zhǎng)工作面液壓支架工作阻力的分區(qū)。

5 結(jié)論

（1）據(jù)實(shí)測(cè)，陳四樓礦2803 超長(zhǎng)工作面初次來(lái)壓步距為49.4 m。監(jiān)測(cè)期間工作面共經(jīng)歷6 次周期來(lái)壓，周期來(lái)壓步距為20.4 m。工作面平均動(dòng)載系數(shù)為1.12，工作面礦壓顯現(xiàn)總體上較平穩(wěn)。

（2）工作面兩端液壓支架平均循環(huán)末阻力為3 980.1 kN，中部液壓支架平均循環(huán)末阻力為3 568.1 kN。工作面中部支架平均循環(huán)末阻力明顯低于兩端支架平均循環(huán)末阻力。

（3）根據(jù)拱的非線性理論，超長(zhǎng)工作面基本頂傾向形成拱形承壓結(jié)構(gòu)。隨著工作面推進(jìn)，頂板中部彎曲下沉引起裂隙不斷發(fā)育，裂隙貫通后發(fā)生破斷。巖層破斷垮落后在中部形成卸壓區(qū)，超長(zhǎng)工作面液壓支架工作阻力出現(xiàn)“中間小，兩端大”的分布特征。