綜采工作面礦壓影響與支架選型

史文臣

雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)紀(jì)委督查室 黑龍江雙鴨山 155100

綜采工作面礦壓影響與支架選型

史文臣

雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)紀(jì)委督查室 黑龍江雙鴨山 155100

通過對七星煤礦東四采區(qū)十二層左一片綜采工作面礦壓觀測資料分析，并參照國內(nèi)外已有的研究成果，從采面來壓顯現(xiàn)入手，來分析采面老頂來壓分布及上覆巖層在開采過程中的活動規(guī)律，查明影響采面老頂來壓強弱的因素，為液壓支架合理選型提供科學(xué)依據(jù)。

老頂；液壓支架；周期來壓

一、礦井及工作面概況

七星煤礦是雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)的主力煤礦之一，礦井年生產(chǎn)能力為160萬噸/年，我礦12#煤層為主力回采煤層，本工作面為首采工作面。淤2008年1月24日～2008年3月10日進(jìn)行了礦壓觀測，經(jīng)歷了三個周期來壓具體數(shù)據(jù)如下：

一）工作面位置及概括：

1、鄰里關(guān)系：該工作面上部為十二層零片未開采，右部與雙陽邊界相鄰，左部與東三區(qū)相鄰，下部為十二層二片為開采。

2、工作面范圍：該工作面上部為十二層左一片設(shè)備道下部為十二層左一片皮帶道，里部至開切眼，外部至回風(fēng)道保護(hù)媒柱線。

3、工作面與相鄰煤層及地表關(guān)系：該工作面對應(yīng)頂板上部有1、4、6、8層煤，層間距分別為223米、153．6米、104．79米、68．11米，一層煤已開采，四層煤未開采，六層煤部分開采，八層煤已開采。對應(yīng)地表左部為旱地和八連村莊保護(hù)煤柱線，標(biāo)高在＋130～120米之間。七星河1957年8月23日，最高洪水位標(biāo)高為105米，最高洪水位線在工作面內(nèi)。地表距工作面垂深370～550米之間。

二）頂、底板巖性：

1、頂板：根據(jù)實際揭露偽頂厚度和巖性不穩(wěn)定，從外向里偽頂趨于變厚，從0．2～0．9米，巖性為碳頁、粉沙、凝灰?guī)r以及煤線組成，黑灰色較破碎。老頂為10．35米厚的互層沙巖，灰色具有水平層理，上部含沙質(zhì)較高，下部裂隙發(fā)育。

2、底板：直接低為2．4米厚的互層砂巖，灰色具有水平層理，比較完整，老底由灰白色細(xì)砂組成。

二、觀測目的及方法：

一）目的：掌握東四區(qū)十二層煤礦壓顯現(xiàn)一般規(guī)律；ZZ-4200/14/30型液壓支架對十二層煤的適應(yīng)情況，并對它的工作阻力等參數(shù)進(jìn)行鑒定。

二）方法：元月23日各種調(diào)試工作完成后，在工作面安設(shè)13臺綜采耐震式壓力表和在30#、100#支架上安設(shè)兩臺KBJ-2004型礦用多功能在線監(jiān)測系統(tǒng)和上下巷超前支護(hù)內(nèi)設(shè)頂、底板動態(tài)儀及測工隨身攜帶單體阻力檢測儀，我們礦壓組分三班跟班觀測。動態(tài)檢測工作面上、下巷超前內(nèi)單體壓力變化值，每三小時采集一次，KBJ-2004型礦用多功能在線監(jiān)測系統(tǒng)中的U盤數(shù)據(jù)，每星期采集一次。初次放頂步距：

1、工作面推進(jìn)4個循環(huán)（循環(huán)進(jìn)度0．8米）3．2米時直接頂開始局部跨落，推進(jìn)6個循環(huán)4．8米時，直接頂全部跨落。

2、上巷推進(jìn)48．2米，下巷推進(jìn)18．1米時，平均推進(jìn)33．15米，工作面老頂全部跨落，初次放頂結(jié)束且空區(qū)充填良好。

周期來壓：上巷推進(jìn)83．5米，下巷推進(jìn)70米時，平均推進(jìn)76．5米，工作面再次周期來壓，歷時3天，工作面支架工作阻力最大值42Mpa．上巷推進(jìn)106．5米，下巷推進(jìn)80．5米時，平均推進(jìn)93．5米，工作面第三次周期來壓，歷時3天，工作面支架工作阻力最大值50．76Mpa。

三、似剛性直接頂支架工作阻力的確定

根據(jù)所提供的地質(zhì)資料，以現(xiàn)在東四區(qū)12#區(qū)域煤層綜合柱狀圖（圖1）為基準(zhǔn)，確定七星礦3522隊工作面單位面積頂板載荷如下。工作面煤層厚度平均為M=2．4m，巖石容重取為γ=2．5t/m3。二）利用“兩帶”高度確定這里以工作面來壓明顯為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表1待定常數(shù)表取a=3．1，b=5．0，c=4．0，則：

若取平均值，則P2=24．125 t/m2

3）北京開采所經(jīng)驗公式計算

式中：L2為老頂周期來壓步距；LM為控頂距。

4）喬福祥公式計算

5）動載系數(shù)法計算

利用動載系數(shù)法計算公式，取動載系數(shù)為1．8，巖石碎脹系數(shù)為1．30，煤層傾角取22°，則H1計算為：

則單位面積頂板載荷為：

根據(jù)以上計算，單位面積頂板載荷應(yīng)確定為：

6）架型滿足要求情況分析

根據(jù)以上計算結(jié)果來看：

由此可知，此種類型支架均能滿足要求，但富裕系數(shù)較小。

四、似剛性直接頂支架初撐力工作阻力的確定

（1）太原理工大學(xué)靳鐘銘教授在全國綜采面支架工作阻力實測統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，提出了綜采支架合理工作阻力及初撐力確定回歸公式，即：

式中：K-富裕系數(shù)，取k=1～1．5。當(dāng)采高<1．5m時，k=1。當(dāng)采高>3．5m時，K=1．5；

Kc-懸頂系數(shù)，取Kc=1～1．5（巖層破斷角90°時Kc=1．0，45°時Kc=1．5）

據(jù)此可計算得到東四區(qū)十二層左一片工作面臨界初撐力為：

（2）臨界阻力計算法：根據(jù)直接頂剛性體穩(wěn)定性分析可知，使支架與圍巖相互作用達(dá)到相對穩(wěn)定時必須的最低阻力，此時的工作阻力計算公式為：

據(jù)此可計算得到本工作面臨界初撐力為：

考慮到來壓期間動壓對支架的動載作用，合理初撐力應(yīng)為臨界初撐力的2倍（實測工作面的動載系數(shù)為1．8），本工作面合理初撐力經(jīng)計算為：Pa=2P0=2842KN，即工作面頂板合理初撐力要達(dá)到2842KN（22．6 Mpa）才能保證頂板的穩(wěn)定性。

本工作面所用ZZ-4200型液壓支架均為四柱支撐掩式支架，此種液壓支架額定初撐力分別為3518KN（28Mpa），計算合理初撐力數(shù)值為此種液壓支架額定初撐力的80%為22．6Mpa而實測支架平均初撐力為15．32MPa，所以應(yīng)該提高初撐力。

五、總結(jié)

ZZ-4200型液壓支架循環(huán)末阻力最小為-0．036Mpa，最大為36．64MPa，平均工作阻力為25．05MPa，為額定工作阻力的75%；支架初撐力大部分分布在10～22MPa之間，支架是在較富裕工作阻力下運行的，工作阻力可以滿足工作面實際開采的要求。但在周期來壓時的最大工作阻力50．67MPa大于支架的額定工作阻力51．7%。總體來看，當(dāng)前支架滿足工作面實際開采的要求。

史文臣，1966出生，黑龍江省龍煤雙鴨山分公司安全生產(chǎn)督查室，采礦工程師。