综放采场矿压显现规律实测研究

　　摘 要 本文以综放采场矿压实测数据为基础，深刻分析综放工作面矿压显现规律，从力学角度和应力分布方面提出有效支护方案，从回采工艺角度提出通过矿压区段的方案，有效指导了实际工作。
　　
　　关键词 综放采场 矿压规律。
　　
　　1 生产地质条件。
　　
　　虎龙沟煤矿 8503 综放面回采平均厚 12.56m的€ 5# 煤层，煤层普氏硬度系数 f=4.5,煤层倾角α=3-5?,工作面中部局部有岩浆岩侵入及断层构造，造成煤体强度下降。煤层直接顶为 1.50-2.27m高岭质泥岩，老顶为 13.15-13.86m 厚的粗砂岩，直接底和老底分别为高岭岩和粗砂岩。综放面采用走向长壁后退式、沿底板放顶煤开采方法，运输巷、回风巷的煤层坡度接近水平。采煤机割煤高度为 3.0m,放顶采用单轮顺序均匀放煤工艺，步距为 0.60m.采面支护设备为 5 架 ZFSG6800/22/33型过渡支架、2 架 ZFSG6800/24/35 型过渡支架、96 架 ZF7500/22/35 型放顶煤液压支架，端头采用ZFDS5600/22/35 型端头支架、DZ-40 型单体柱配合JI 型钢梁进行支护管理。8503 综放面回采过程中频繁出现端面煤和顶板破坏冒落，煤壁大量片帮。
　　
　　冒顶和片帮数据统计结果表明，冒高大于 3m 的占 46.6%,冒高大于 2m 的占 33.3%,冒顶范围为6.7%,片深大于 0.4m 的占 82.6%,片帮范围为24.77%,顶板下沉 0.4m 的占 41.6%.支架一围岩事故严重时采面月推进度小于 60m,放煤工艺被迫取消和丢失大量顶煤，处理事故的材料、工时消耗及工人的劳动强度和危险性显着上升。
　　
　　2 矿压实测结果及其分析。
　　
　　虎 龙 沟 煤 矿 8503 综 采 面 沿 6#、12#、18#、24#、30#、39#、45#、51#、57#、63#、72#、78#、84#、90#、96# 支架共布置了 15 条观测线。
　　
　　2012 年 3 月 1 日~ 2013 年 7 月（至今）开展各项观测工作。观测内容包括支架液压、支架态势、两巷超前压力及顶煤与煤壁动态。
　　
　　（1）支架液压。1#--103# 支架的前立柱、后立柱液压缸的下腔皆安设了数字综采支架压力监测表，并与计算机联网，实时动态监测每天支架液压变化的全过程。
　　
　　（2）支架态势。沿 15 条观测线观测采高、端面距、顶梁俯仰角、顶梁台阶，支架立柱行程，安全阀状况。
　　
　　（3）两巷超前压力。对 2503 巷和 5503 巷围岩压力观测。其中，5503 巷压力稳定，2503 巷受临空影响，压力显现明显，需加强支护。
　　
　　（4）顶煤与煤壁动态。沿 15 条观测线统计观测冒顶宽度、冒顶高度、顶煤块度、煤壁片帮深度、顶板下沉量。沿整个工作面统计观测每处端面顶煤冒落和煤壁片帮情况，即冒顶始架号、冒顶终架号、最大冒高，片帮始架号、片帮终架号、片帮最大深度、顶板下沉最大量。此项工作每次来压进行一次。
　　
　　8503 采场实际开采过程中，煤体强度变化不大，采场支架也无倾倒现象。因此，监测工作对采场冒顶高度 h 与支护参数、片帮参数进行了回归分析，所得结果如图 1、表 1 所示。
　　
　　3 周期来压分析。
　　
　　3.1 中部压架、压力大的分析。
　　
　　工作面长度 a 与推进距离 b 满足 a/b ≥ 1, 故本工作面老顶破断模式为横“O-X”型破断形式，破断位置位于工作面中部 40~60 架处，断裂面垂直工作面，见图 2.
　　
　　为了预防来压压架事故，尽快通过来压区域，必须保证中部 40~60 架支架的初撑力，确保支护有效。
　　
　　3.2 关于尾端部经常冒顶的分析。
　　
　　尾巷端部冒顶与超前压力及煤层摩擦角有关。
　　
　　2503 巷为临空布巷，超前压力大，在超前压力作用下，工作面前方 10m 范围内顶煤提前破断，端面破裂，而煤层摩擦角较小（φ 取 38°），故回采至端部破碎区时，顶煤由摩擦角方向滑落塌下，造成端部小面积漏顶。
　　
　　3.3 周期来压步距的预测。
　　
　　3.3.1 统计分析（表 2略）。
　　
　　3.3.2 来压预测。
　　
　　由表 2 分析可知，当日均推进速度≥ 34.95/18= 1.94m 时，来压步距为 17~19m,当日均推进速 度 ≤ 4.95/4=1.24m 时， 来 压 步 距 缩 短， 变 为5~8m.
　　
　　4 主要研究结论。
　　
　　（1）受工作面倾角和巷道布置的影响，在压力显现时，2503 巷为压力集中区域，表现为两帮炸帮，顶板下沉，底板鼓起 , 端面冒顶；5503 巷压力表现为巷道上帮角片帮，端面冒顶。2503 巷超前采用密集单体配合“井”字木垛支护，两帮采用挂金属网 + 螺纹钢锚杆支护 + 角锚索支护，有效维护了顶板。
　　
　　（2）顶板冒落主要受来压影响及地质构造，超前压力使煤体局部裂隙发育，强度减弱。表现为支架顶梁顶板破碎，局部机道漏顶，需及时支护，合理操作和调整支架（擦顶带压移架），缩小空顶距，提高支架初撑力和切顶力。
　　
　　（3）现场生产过程中实际控制冒顶的主要措施为加强支护和有效维护顶板，加强头尾三角区顶板管理，严格落实工作面头尾 5m 范围持续铺网工作，保证铺、联网质量。如发现顶板破碎，塌落高度超过 30cm,及时进行刹顶，并根据前方顶板破碎情况，提前进行锚索支护，防止漏顶事故发生。
　　
　　（4）提高支架初撑力。工作面长度较长，乳化液系统存在较大的压力和流量损失，导致工作面支架初撑力不高，移架速度慢；经对乳化液泵站进行改造，将工作面支架分成两部分，增加一台泵站，采用双泵双回路供液，使得支架初撑力有了一个很大幅度的提高。
　　
　　【参考文献】
　　
　　[1] 钱鸣高 , 刘听成 . 矿山压力及其控制 [M] 北京 : 煤炭工业出版社，1991.　　
　　[2] 刘鸿文 . 材料力学 [M] 北京：高等教育出版社，2004.　　
　　[3] 宋振骐 . 实用矿山压力控制 [M] 徐州 : 中国矿业大学出版 ,1988.