某礦首采工作面礦壓規(guī)律

溫賀興

(貴州文家壩礦業(yè)有限公司)

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某礦首采工作面礦壓規(guī)律

溫賀興

(貴州文家壩礦業(yè)有限公司)

A110602綜采工作面為某礦一分區(qū)首采面，針對其三軟煤層條件，進(jìn)行了礦壓監(jiān)測，并分析了其支架適應(yīng)性，分析結(jié)果對于該礦設(shè)備選型、安全高效開采有一定的參考價值。

三軟煤層礦壓觀測礦壓規(guī)律

某礦設(shè)計年生產(chǎn)能力240萬t，設(shè)2個分區(qū)，現(xiàn)一分區(qū)首采面已進(jìn)入聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)階段。工作面距地表87～115 m，其頂部主要為灰?guī)r，風(fēng)化嚴(yán)重，老頂穩(wěn)定性較差，煤層松軟，抗壓性弱，底板遇水易軟化。由于該礦與周邊煤礦在頂板條件上有較大差別，加之國內(nèi)對該類三軟煤層礦壓規(guī)律、頂板關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)研究深度欠缺，開采缺乏必要的理論與實踐指導(dǎo)[1-2]。以該礦A110602綜采工作面為例，對其礦壓進(jìn)行監(jiān)測，并對支架選型進(jìn)行評價，為該礦后續(xù)分區(qū)采面的支架選用提供參考。

1　工作面概況

某礦屬于煤與瓦斯突出礦井，A110602綜采面布采6#煤層，傾長220 m，回采長度1 336 m，傾角14°～16°，煤層厚2.5～3.5 m，設(shè)計采高2.8 m。工作面西、南為礦界煤柱，其余為未采區(qū)域。煤層直接頂為厚6 m的砂質(zhì)泥巖，老頂為厚12 m的灰?guī)r。工作面采用ZY5000/17/38型掩護(hù)式支架,支護(hù)強(qiáng)度0.76～0.82 MPa，底板比壓0.93 MPa，工作阻力42.5 MPa，泵站額定值為31.5 MPa。

2　初次來壓步距計算

A110602綜采工作面為首采面，按照采面O-X型破斷形式，應(yīng)按四邊固支條件進(jìn)行計算[3]。來壓步距計算公式為

(1)

式中，h為基本頂厚度，m；Rt為基本頂抗拉強(qiáng)度，MPa；q為單位面積基本頂載荷，kN。

將h=6 m，Rt=1.862 MPa，q=1.811×105kN代入式(1)，計算得：L=28.4 m。

3　工作面礦壓監(jiān)測

3.1礦壓監(jiān)測方案

為掌握全面、具體的礦壓數(shù)據(jù)，礦壓監(jiān)測從切眼開始至回采120 m止，工作面布設(shè)147臺支架共分7個測區(qū)，測區(qū)Ⅰ(14#、15#、16#架)、測區(qū)Ⅱ(29#、30#、31#架)、測區(qū)Ⅲ(54#、55#、56#架)、測區(qū)Ⅳ(72#、73#、74#架)、測區(qū)Ⅴ(92#、93#、94#架)、測區(qū)Ⅵ(112#、113#、114#架)、測區(qū)Ⅶ(132#、133#、134#架)[4]，如圖1所示。

圖1　工作面礦壓觀測測區(qū)布置

3.2工作面礦壓監(jiān)測結(jié)果3.2.1工作面初采礦壓

采面礦壓監(jiān)測設(shè)備布置完畢后的可采煤層厚2.7 m，為盡可能減少遺煤，采面采全厚。為盡早實現(xiàn)頂板垮落，減少初次來壓巨大載荷與過長瓦斯積聚的采空區(qū)，在布設(shè)設(shè)備期間已將錨索、桿鎖具解除，采面也布置成傾斜狀，初采期間壓力為25.5～32 MPa，上下兩端頭明顯較大，如圖2所示。采面在機(jī)尾推至26.4 m、機(jī)頭21.2 m時，支架后方采空區(qū)有劇烈的巖層斷裂聲、頂板明顯來壓，據(jù)此可判斷初次來壓到來，較預(yù)想提前2～7 m。

3.2.2老頂周期來壓

初次來壓之后采面逐步調(diào)直，調(diào)直段為21.2～45 m。期間有部分支架阻力急劇增大，對應(yīng)煤壁片幫的情況[5]。在調(diào)直之后推至50.2，56.6，63.4，70.6 m水平時，有明顯片幫(深度0.5 ～0.9 m)，支架在來壓期間所承受的壓力與平時對比如圖3所示。相關(guān)礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。由表1可知：各測區(qū)的周期來壓步距不一，主要呈現(xiàn)為凸字型，周期來壓步距為6.4～7.2 m，動載系數(shù)為1.31～1.49。

圖2　初采期間支架壓力

圖3　來壓期間支架壓力與平時支架壓力對比

4　支架適應(yīng)性

支架支護(hù)強(qiáng)度的計算公式為

(2)

式中，P為工作面的支護(hù)強(qiáng)度，MPa；H為最大采高，3.4 m；γ為頂板巖石平均密度，2.83×103kg/m3；K為支架支護(hù)的頂板巖層厚度與采高之比，一般取4～8，本研究按最大值進(jìn)行計算，取8[1,4]。

經(jīng)式(2)計算得：P=0.78 MPa。計算結(jié)果在所使用的ZY5000/17/38支架支護(hù)強(qiáng)度范圍內(nèi)。從使用情況反饋，該支架可較好地適應(yīng)該工作面的煤層礦壓條件。

由相關(guān)監(jiān)測結(jié)果可知，支架初撐力為25.5～32 MPa，與工作阻力的80%有較大差距，主要原因是供液距離過長。根據(jù)三軟煤層開采經(jīng)驗，在立柱初撐力小、支撐系統(tǒng)剛度小的情況下，支架達(dá)到額定工作阻力的時間延長甚至一直無法達(dá)到額定工作阻力時，此時煤層頂板下沉量將急劇增大，勢必造成工作面煤頂壁片幫和端面破碎，周期來壓時上述現(xiàn)象更加突顯[5-6]。

5　結(jié)　語

以某礦A110602綜采工作面為例，對其進(jìn)行了礦壓監(jiān)測，對該工作面礦壓規(guī)律進(jìn)行了分析，并討論了支架適應(yīng)性，認(rèn)為初采期間礦壓為兩端大、中部小；工作面初次來壓步距為24.2 m，周期來壓步距為6.4～7.2 m，來壓步距呈現(xiàn)兩端大、中間小的特點。建議將液壓設(shè)備放置于設(shè)備列車上，減少管路阻力消耗，提高初撐力，減少片幫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

表1　周期來壓期間工作面各測區(qū)情況

[1]溫賀興，張東升，范鋼偉，等.近淺埋煤層大采高綜采面礦壓規(guī)律研究[J].山西大同大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，29(5)：75-77.

[2]谷拴成，李昂，樊志斌，等.澄合礦區(qū)中厚煤層綜采面礦壓顯現(xiàn)特征研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2012，32(2)：186-192.

[3]錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[4]張新蠻，曹懷建，韓磊.淺埋大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤炭工程，2012(2)：48-51.

[5]郭瑞瑞，楊永亮.軟煤層大采高綜采面片幫冒頂分析[J].陜西煤炭，2012(6)：79-80.

[6]王春華，丁仁政.大采高支架的適應(yīng)性與穩(wěn)定性分析[J].煤礦機(jī)械，2007，28(3)：47-49.

2016-06-07)

溫賀興(1987—)，男，助理工程師，552100 貴州省織金縣文騰社區(qū)。