坪上煤业厚煤层综放工作面矿压特征规律与支架适应性分析_毛希鹏.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 1工程概况 坪上煤业 15206 综放工作面位于沁水煤田东部， 主 采 15 煤 层 ， 水 平 标 高 630m。 煤 层 厚 度 3.77～6.62m， 均厚 5.63m， 煤层倾角 2～11， 局部 较陡倾角达到 14。 15 号煤层直接顶为粗粉砂岩， 均 厚 2.0m；老顶为中粒砂岩，均厚 5.6m；直接底为 2.98m 的粗粉砂岩， 均厚 2.1m， 具体煤层顶底板岩层 情况如表 1 所示。 15206 工作面走向长壁综采放顶煤 工作面的长度为 150.0m，工作面选用液压支架， 共 105 架，放顶煤开采时，机采高度 2.8m，放煤高度 2.83m， 采放比 1∶1.01。 表 1顶底板岩层性质 2厚煤层覆岩顶板破断失稳规律 随着工作面的推进， 坪上煤业厚煤层上部坚硬岩 体形成砌体梁结构，下部岩体形成组合悬梁结构， 上 覆岩体形成 “下位组合悬梁与上位多层砌体梁” 结构， 如图 1 所示。 图 1厚煤层开采覆岩多层顶板结构 1 ） 上覆关键层在破断失稳前， 处于下位的直接顶 岩层形式组合悬臂梁的结构， 此时工作面支架承受破 断岩层的重量， 悬臂梁结构随着工作面的推进会造成 失稳破坏， 对工作面支架形成一定的动压扰动。 2 ） 15206 工作面上部老顶为坚硬致密、 完整性较 好的中粒砂岩， 关键层破断后， 老顶形成具有一定强 度的砌体梁结构， 该结构的下沉会将载荷传递到到砌 体梁下部， 使上部砌体梁结构与下部组合悬臂梁结构 共同作用于工作面支架上， 容易产生较大的矿压影响。 3 ） 随着工作面开采影响程度的增加， 工作面在两 者共同作用下显现较强的矿压特征， 形成工作面周期 性运动失稳， 引发厚煤层工作面的周期性来压现象。 3矿压监测及支架适应性分析 3.1测站布置 通过上一节对 15206 工作面厚煤层覆岩顶板破 断失稳规律的研究， 为了分析厚煤层 15206 综放工作 坪上煤业厚煤层综放工作面矿压特征规律与支架适应性分析 毛 希 鹏 （昔阳坪上煤业有限责任公司 ，山西 晋中 045300 ） 摘要 通过对 15206 厚煤层综放工作面回采期间覆岩顶板破断失稳规律进行理论分析，以及对回 采期间支架工作阻力的分布状态和工作特性进行分析。结果表明工作面的周期来压步距约为 14.5m， 来压期间影响范围约为 3.31m。 关键词 厚煤层 ； 矿压特征 ； 支架适应性 中图分类号 TD323文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0069- 03 Analysis of Ground Pressure Characteristics and Support Adaptability of Fully Mechanized Caving Face in Ping Shang coal industry Thick Seam MAO Xipeng （XiyangPingshangCoal IndustryCo., Ltd. , Shanxi Jinzhong 045300 ） Abstract Through theoretical analysis of roof breakage and instability during mining in 3107 thick seam fully mechanized top coal caving face, the distribution and working characteristics of support resistance during mining are analyzed. The results showthat the interval of peri- odic weightingis about 14.5mand the influence range is about 3.31m. Key words Thick coal seam; Rock pressure characteristics ; Support adaptability 顶底板名称顶底岩性均厚/m岩性特征 老顶中粒砂岩5.6灰白色， 坚硬致密， 完整性较好 直接顶粗粉砂岩2.0 深灰色、 较坚硬、 含有云母碎片和植物 化石， 完整性好 直接底粗粉砂岩2.1深灰色， 致密， 完整性较好 69 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 面的矿压显现规律，根据 15206 综放工作面位置具体 情况，在工作面回采时沿工作面面长方向布置四条测 线， 其中上部测站位于 6 支架， 中部测站位于 38 支 架， 下部测站位于 100 支架， 并对工作面液压支架进 行适应性分析。 具体工作面矿压测区布置如图 2 所示。 图 2工作面测点布置示意图 3.2工作面顶板来压特征分析 1 ） 下部测区。根据矿压监测实测， 得到工作面下 部测区支架的来压特征见表 2。 表 2工作面下部测区支架来压特征 由表 2 可知， 工作面下部顶板来压期间影响范围 平均为 3.08m， 周期来压步距平均为 15.68m， 动载系 数平均为 1.33。非来压期间， 支架工作阻力平均值为 3823kN/ 架， 占到额定工作阻力的 48.2， 支架循环末 阻力平均值为 4352kN/ 架，占到额定工作阻力的 55.1；来压期间，支架工作阻力平均值为 4983kN/ 架， 占到额定工作阻力的 63.1， 支架循环末阻力平 均值为 5731kN/ 架， 占到额定工作阻力的 72.3。 2 ） 中部测区。根据矿压监测实测， 得到工作面中 部测区支架的来压特征如表 3 所示。 表 3工作面中部测区支架来压特征 由表 3 可知， 工作面下部顶板来压期间影响范围 平均为 3.48m， 周期来压步距平均为 14.5m， 动载系数 平均为 1.41。非来压期间，支架工作阻力平均值为 3921kN/ 架， 占到额定工作阻力的 48.2， 支架循环末 阻力平均值为 5051kN/ 架，占到额定工作阻力的 64.1；来压期间，支架工作阻力平均值为 5391kN/ 架， 占到额定工作阻力的 68.2， 支架循环末阻力平 均值为 6842kN/ 架， 占到额定工作阻力的 86.3。 3 ） 上部测区。根据矿压监测实测， 得到工作面中 部测区支架的来压特征见表 4。 表 4工作面上部测区支架来压特征 由表 4 可知，工作面下部顶板来压期间影响范 围平均为 3.38m， 周期来压步距平均为 14.04m， 动载 系数平均为 1.34。非来压期间， 支架工作阻力平均值 为 4411kN/ 架， 占到额定工作阻力的 56.1， 支架循 环末阻力平均值为 5184kN/ 架， 占到额定工作阻力的 65.3；来压期间，支架工作阻力平均值为 5792kN/ 架， 占到额定工作阻力的 73.2， 支架循环末阻力平 均值为 7274kN/ 架， 占到额定工作阻力的 91.5。 综合上述分析可知， 15206 工作面周期来压步距 约为 14.5m， 影响范围约为 3.31m。 工作面上、 中、 下部 动载系数分别为 1.33、 1.31、 1.34， 动载系数较小， 矿压 波动不大， 总体显现较和缓； 来压期间， 支架上部工作 阻力大于中部和下部的工作阻力， 支架上部工作阻力 为 5792kN/ 架， 且工作面上部的周期来压步距小于中 部和下部， 周期来压时的工作面上部强度较大。 3.3支架适应性分析 15206 综放工作面回采期间使用的ZF5000/16/32 型液压支架， 支撑高度为 2.3～3.7m， 支架额定工作阻 力为 5000 kN/ 架。为了有效分析 15206 工作面 ZF5000/16/32 型支架的适应性， 通过对支架循环末阻 力和工作阻力进行实测分析， 得到了支架循环末阻力 的分布图如图 3 所示， 支架工作阻力的分布图如图 4 所示。 周期 来压 影响 范围 来压 步距 非来压期间来压期间动载系数 Pt/kNPm/kNPt/kNPm/kN均值 14.217.134584021480753821.41 22.914.244074759527158311.19 32.916.839054506490560311.38 42.514.235984262485757191.35 52.916.137044205505256551.33 均值3.0815.6838234352498357311.33 周期 来压 影响 范围 来压 步距 非来压期间来压期间动载系数 Pt/kNPm/kNPt/kNPm/kN均值 13.316.739724931546965811.38 24.313.439595121543167081.35 34.914.737315109523272711.33 42.113.838815041531966891.42 52.813.940385019548269191.44 均值3.4814.539215051539168421.41 周期 来压 影响 范围 来压 步距 非来压期间来压期间动载系数 Pt/kNPm/kNPt/kNPm/kN均值 14.516.442915042583174411.46 23.813.540314871563371811.33 32.713.946895533616672391.28 43.612.545115269571172131.39 52.313.945125179562172911.26 均值3.3814.0444115184579272741.34 70 ChaoXing （上接第 68 页 ） 柱留设在 12m左右， 出现断层上下盘均下移现象， 煤 柱留设在 9m 左右， 断层上下盘均向上移动， 如若持 续推进， 断层将出现上盘向下移动， 下盘向上移动， 形成对断层围岩的剪切破坏。 参考文献 [1] 钱鸣高， 石平五， 许家林.矿山压力与岩层控制[M].徐州 中国矿业大学出版社， 2010. 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[5] 李红涛， 赵启峰， 顾亮， 王玉怀.基于相似模拟实验分析的 采空区瓦斯抽放设计[J].煤矿安全， 2011， 42 （9） 5- 8. 作者简介 张俊文 （1991- ） ,男， 甘肃民勤人， 讲师， 2013 年毕业于 西安科技大学， 主要从事矿山压力与岩层控制等方面的教学 与研究工作。 （收稿日期 2019- 11- 4） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 图 3支架循环末阻力分布图 图 4支架工作阻力分布图 由图 3 可以看出，支架的平均循环末阻力为 5223kN/ 架， 占支架额定工作阻力的 66.31， 其中循 环末阻力主要分布在 4000～7000 kN/ 架， 约所有实测 值的 75，超过 8000kN/ 架的部分仅占到总数的 1.39， 实测支架最大循环末阻力为 8439kN/ 架； 由图 4 可知， 支架的工作阻力 3000kN/ 架以上的部分占到 实 测 总 数 的 86.77 ， 其 中 工 作 阻 力 分 布 在 3000～4000kN/ 架的最多， 占到总数的的 42， 分布在 7000～4800 kN/ 架的占所有实测值的 0.93，实测支 架最大工作阻力为 7542kN/ 架， 没有超过 8000kN/ 架 的值。 由以上分析可知， ZF5000/16/32 型液压支架在 15206 工作面应用时， 支架比较适应 15206 工作面的 顶板条件， 虽然有极少数支架的工作阻力大于支架的 额定工作阻力，但从整体上看 ZF5000/16/32 型液压 支架的工作阻力利用的比较充分。 4结论 通过对 15206 综放工作面矿压实测分析可知， 工 作面周期来压步距为 14.5m， 来压期间影响范围约为 3.31m， 动载系数平均值为 1.33， 其中工作面上部支架 的工作阻力大于中部和下部的工作阻力， 周期来压时 的工作面上部强度较大， 应加强对工作面上部的顶板 管 理 ； 另 外 根 据 对 支 架 的 统 计 分 析 可 知 ， ZF5000/16/32 型液压支架的工作阻力利用的比较充 分， 且运转特性整体比较好。 参考文献 [1] 复杂条件特厚煤层综放开采提高煤炭采出率技术[J].煤 z 炭工程,2010 （04） 123- 124. [2] 王家臣,李志刚,陈亚军,郑厚发.综放开采顶煤放出散体 介质流理论的试验研究[J].煤炭学报,2004 （03） 260- 263. [3] 孟宪锐,陈海波,胡斌斌,曹春杰.放顶煤开采顶煤运移特 征及数学模型的建立[J].煤炭工程,2003 （10） 32- 35. [4] 杨培举,常兴民,胡学军,谈宏森.中厚煤层高产高效综采 面矿压规律及支架承载特征 [J]. 矿山压力与顶板管理, 2003 （03） 67- 6973- 119. [5] 刘长友,万志军,曹胜根.直接顶岩层力学特性对综放采场 煤岩破坏的影响规律[J].矿山压力与顶板管理,2002 （01） 64- 66. 作者简介 毛希鹏 （1974 年 8 月 -） ， 男， 山西晋中人， 采煤工程师， 生产副总经理， 研究方向 从事采煤方面的研究。 （收稿日期 2019- 5- 8） 71 ChaoXing