8406大采高工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架適應(yīng)性研究

王 輝

(中煤第五建設(shè)有限公司 第一工程處，江蘇 徐州 221006)

1 工程概況

四老溝礦8406大采高工作面分布在14號(hào)層404盤(pán)區(qū)，煤層厚度3.57～5.41 m，平均厚度4.2 m，煤層傾角3～5°，賦存穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷層、褶曲及火成巖對(duì)開(kāi)采影響不大。煤層頂板從下往上分別為平均厚度為0.5 m的泥巖(偽頂)、4.5 m的粉砂巖(直接頂)、16.7 m的細(xì)砂巖(老頂)，工作面兩側(cè)為未采區(qū)，采用一進(jìn)一回通風(fēng)方式。工作面回采方式為大采高一次采全高采煤法，采高4.2 m，工作面采用107架ZZ9900/29.5/50型支撐掩護(hù)式液壓支架，額定工作阻力為9 900 kN。

為研究8406大采高工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，確定頂板來(lái)壓的步距及強(qiáng)度，考察液壓支架對(duì)圍巖變化的適應(yīng)性及控制效果，對(duì)工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，為工作面頂板管理提供了一定的技術(shù)參考[1-3]。

2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

2.1 測(cè)站布置

采用尤洛卡自動(dòng)記錄儀對(duì)工作面支架工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每5 min收集1次壓力值。在工作面的10號(hào)、20號(hào)、30號(hào)、40號(hào)、50號(hào)、60號(hào)、70號(hào)、80號(hào)、90號(hào)、100號(hào)支架分別安設(shè)1臺(tái)尤洛卡，共10條測(cè)線，基本呈均勻分布，記錄工作面推進(jìn)過(guò)程中支架壓力變化情況。工作面測(cè)站布置如圖1所示。

圖1 工作面測(cè)站布置圖

2.2 工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律分析

根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，以工作面推進(jìn)距離為橫坐標(biāo)，支架工作阻力為縱坐標(biāo)，繪制支架工作阻力隨工作面推進(jìn)的變化曲線。分別選取工作面上部、中部、下部一條測(cè)線對(duì)工作礦壓規(guī)律進(jìn)行分析。圖2、圖3、圖4分別為1號(hào)、5號(hào)、10號(hào)測(cè)線(分別對(duì)應(yīng)10號(hào)、50號(hào)、100號(hào)支架)的工作阻力隨推進(jìn)距離變化的情況，工作面來(lái)壓步距及相關(guān)參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖2 上部1號(hào)測(cè)線工作阻力隨推進(jìn)距離變化曲線

圖3 中部5號(hào)測(cè)線工作阻力與推進(jìn)距離變化曲線

由圖2～圖4及表1可知，工作面中部頂板壓力要明顯大于上下部壓力，工作面上部、中部、下部基本頂初次來(lái)壓的步距分別為56.9 m、54.3 m和57.8 m，平均為56.3 m，基本頂初次來(lái)壓步距大，來(lái)壓強(qiáng)度中部最強(qiáng)、下部次之、上部最弱。回采初期，工作面上覆巖層沿推進(jìn)方向形成了長(zhǎng)距離梁結(jié)構(gòu)，且直接頂較硬，對(duì)維護(hù)基本頂?shù)姆€(wěn)定性起到了很大的支撐作用，再加上基本頂巖層是由粉砂巖組成，結(jié)構(gòu)致密，難以破斷，動(dòng)載系數(shù)最高達(dá)1.52。

基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓步距為13～25 m，平均為18.7 m。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：無(wú)論是基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓，還是基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓，沿工作面方向并不是同時(shí)來(lái)壓，而是呈現(xiàn)局部來(lái)壓、遷移特征?；卷敵醮蝸?lái)壓和周期來(lái)壓強(qiáng)度平均為1.44和1.42，頂板來(lái)壓強(qiáng)度較大，屬難管理頂板。

圖4 下部10號(hào)測(cè)線工作阻力隨推進(jìn)距離變化曲線

表1 工作面來(lái)壓步距參數(shù)

3 支架適應(yīng)性分析

為研究液壓支架對(duì)頂板的適應(yīng)性，對(duì)支架的初撐力、工作阻力和時(shí)間加權(quán)平均阻力進(jìn)行分析。

1) 提高支架的初撐力不僅可以減少頂板離層、增強(qiáng)頂板自身剛度、增加頂板的穩(wěn)定性，而且可以減少工作面頂板端面破碎度以及煤壁片幫[4-5]。支架初撐力分布如圖5所示，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。

圖5 支架初撐力直方圖

表2 支架初撐力統(tǒng)計(jì)

監(jiān)測(cè)支架初撐力平均值為4 759 kN/架，與額定初撐力(7 734 kN/架)的比值為61.5%，相對(duì)較低，主要是因?yàn)楣ぷ髅鎮(zhèn)雾斊扑閷?dǎo)致支架上方出現(xiàn)空頂現(xiàn)象。應(yīng)有效提高支架初撐力，維護(hù)工作面頂板完整性，從而使支架工作阻力得以保證。

2) 支架工作阻力分布如圖6所示，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

圖6 支架末阻力直方圖

支架末阻力平均值為5 097 kN/架，與額定工作阻力(9 900 kN/架)比值為51.5%，頂板來(lái)壓時(shí)最大工作阻力9 495.8 kN/架，為額定工作阻力的95.92%.說(shuō)明四柱支撐掩護(hù)式支架應(yīng)能夠滿足工作面回采要求。

3) 支架時(shí)間加權(quán)平均阻力分布如圖7所示，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示。

表3 支架末阻力統(tǒng)計(jì)

圖7 支架時(shí)間加權(quán)平均工作阻力直方圖

表4 支架時(shí)間加權(quán)平均工作阻力統(tǒng)計(jì)

時(shí)間加權(quán)工作阻力平均值為4 896 kN/架，為額定工作阻力(9 900 kN/架)的49.5%.最大值為8 423 kN/架，相當(dāng)于額定工作阻力的85%，說(shuō)明支架支護(hù)阻力是充足的。

分析表明，ZZ9900/29.5/50型支撐掩護(hù)式液壓支架能夠滿足8406大采高工作面頂板支護(hù)要求，但需進(jìn)一步提高支架初撐力。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 工作面基本頂初次來(lái)壓步距大，平均為56.3 m，平均來(lái)壓強(qiáng)度1.44，來(lái)壓強(qiáng)度中部最強(qiáng)、下部次之、上部較弱。實(shí)測(cè)表明，基本頂初次來(lái)壓和周期來(lái)壓，沿工作面方向不是同時(shí)來(lái)壓，呈現(xiàn)出局部來(lái)壓、遷移特征。

2) 通過(guò)對(duì)工作面支架的初撐力、末工作阻力和時(shí)間加權(quán)平均阻力的檢測(cè)分析，ZZ9900/29.5/50液壓支架對(duì)8406工作面適應(yīng)性較好，能夠滿足工作面回采要求。