东大矿业 12118综采工作面矿压分布规律研究

东大矿业 12118综采工作面矿压分布规律研究

宋政沛 王瑞

山东省滕州市大坞镇东大矿业有限责任公司 山东 枣庄 277500

摘要：本文以东大矿业 12118综采工作面为研究对象，利用矿压顶板动态监测系统对矿山压力进行监测分析，监测结果表明：老顶初次来压步距为34m，周期来压步距为15m，矿山初次来压过程中支架载荷明显增加，最大达68MPa，周期来压时，支架载荷平均最大值为37.5MPa，均比额定阻力低，表明煤炭开采过程中支护安全。

关键词：综采工作面；矿压分布；来压

0 引言

煤炭作为我国主要基础能源，产能已经超过40亿吨，在我国的能源总结构中占比70%，为保障我国经济社会发展发挥着重要作用。此外，煤炭作为主体能源的地位在未来较长的时期内不会改变。近年来，世界范围内掀起了新一轮以绿色开采、低碳技术和建设生态矿山为核心内容的能源产业变革。进一步加强煤炭行业科技创新，加快煤炭采掘工艺技术和先进装备研发制造，推进煤炭行业现代化建设，成为了煤炭行业发展面临的新课题。但矿井开采深度不断增加，矿山压力变化大，极易造成冲击地压危害，针对东大矿业 12118综采工作面开采过程中支架载荷高，顶板位移大的现象，利用矿压顶板动态监测系统、矿山压力检测系统及工作面液压支架传感器监测并统计有关数据，有效预防冲击地压现象，保证开采过程中的压力安全。

1 工作面概况

12118工作面位于12#煤层中是121采区第三个回采工作面，井下标高(m)为-812~-843m，工作面走向1790 m，倾向218 m , 井田边界留煤柱20m. 煤层平均角8°，平均厚2.0m ，12#煤质较硬, f = 3该工作面直接顶为黑色砂质泥岩，平均厚约1.95 m，直接顶岩层f = 3～5老顶多为K2砂岩及砂质泥岩，岩石坚硬，中细粒结构，胶结物主要为泥质，胶结疏松，厚4-23m, 平均11.85 m，f = 5～ 7 煤层底板为灰色泥岩，局部为砂岩，块状，垂直节理及水平层理发育, f = 4，属软弱岩类-较坚硬岩类易管理。

12118综采工作面采用走向长壁后退式全部垮落综合机械化采煤法，综采工艺为：试机→双滚筒采煤机前端部斜切进刀→割煤→伸伸缩梁→移架→推刮板输送机。该工作面为综采工作面，选用ZY12000/28/62型掩护式液压支架支护顶板，该支架的额定工作阻力为12000kN/架，宽度为1750mm。工作面最大控顶距为5770mm，最小控顶距为4970mm。工作面采用自然垮落法管理顶板。回风（运输）顺槽超前支护均为采用DW45-200/110X单体液压支柱配1.2m铰接梁（特殊情况用π型梁）加强支护。端头处采用ZYG142000-27/45端头支架加单体支柱支护。

2 12118综采工作面矿压监测内容

2.1 监测内容

(1)工作面支架支护载荷的观测。通过支架支护载荷的观测可以确定顶板压力的大小及其动压系数、周期来压步距。

(2) 工作面超前支承压力影响范围的观测。

2.2 矿压在线监测手段及其测点布置

采用1套矿压顶板动态监测系统V2.2型，矿山压力检测GPD60型系统、对工作面液压支架传感器进行工作面上矿压监测；利用两顺槽支柱配备了SY-60ZY型单体支柱压力检测仪对液压支柱载荷分布进行监测，并配备每班专职人员检测，通过采集数据，建立矿压在线监测制度。综采工作面一般在工作面和运输、回风顺槽中共布置以下四类矿压测区：

①工作面支架工作阻力测区

依据现场情况和仪器仪表性能，在综采工作面布置12条测线。分别10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、支架上安装矿压在线观测仪。通过矿山压力检测系统的在线传感器采集数据，并进行电脑加工处理，根据观测数据进行来压预报。

②工作面巷道超前支撑压力测区

对两顺槽超前及端头支护处支柱，各布置6个观测点进行每班专人进行采集并有记录。

③顶板离层监测范围

在工作面两顺槽每50m安装1个顶板离层仪，检测顶板离层量每10天观测一次。

④巷道两帮变形量观测范围

在工作面两顺槽距工作面70m、100m处各设1个巷道位移观测站，采用十字布点法观测，监测工作面前方受超前采动压力影响时巷道的变形特征，为工作面超前支护提供依据，每7天观测一次。

利用上述方法及设备对 12118综采工作面的矿压分布进行监测，基于观测结果，通过分析初次来压及周期来压步距，对工作面有关矿压显现规律进行研究。

3 矿山压力分布分析

3.1 初次来压

利用矿山压力监测系统及支架载荷监测系统对来压过程中的支架载荷分布进行了监测，根据实测结果数据分析及现场资料绘制支架载荷分布图，如图1所示。

图1 支架载荷分布图

由图1及现场数据可以看出，当工作面从切眼开始推至17-25m时直接顶跨落，由于直接顶与老顶之间有层0.1m厚煤线，因此为直接顶脱落，老顶初次落下。直接顶跨落时矿压显现并不明显。当工作面推进34m时工作面出现煤壁严重变形片帮现象，顶板产生裂隙，采空区出现巨大响声，顶板急剧下沉，达14.86mm/h，这表明老顶开始跨落，对工作面产生巨大压力，支架载荷明显增加，最大达68MP，顶板下沉速度加快，移近量达160mm，表明老顶初次来压，因此判定老顶初次来压步距L=34m。

3.2 周期来压

图2周期来压支架载荷分布图

由图2可知，周期来压同样会使支架压力增大，顶板下沉速度急增煤壁片帮等，通过矿压在线数据曲线图30m-80m可分4个间段，支架载荷增大处距离间隔为13.8m、16.1m、14.4m、14.6m，其支架阻力不断上升，并达到顶峰，通过以上数据可确定老顶周期来压步距平均值为L2=15m。

图3顶板动态仪变化量

由图3中可以看出，自12月2日起，离层观测仪变化量开始逐渐增加，起始变化量为2.92 mm/h，随着综采面的不断推进，离层观测仪最大变化量在2.92 mm/h-14.86 mm/h之间波动上升，1月10日达最大值0.91mm/h后开始下降，说明1月10日左右工作面老顶初次来压。

由上可知， 12118综采工作面老顶初次来压步距为17~25m，跨落步距为34m，支架载荷最大为14.86MPa，因此 12118工作面回采期间，由于工作面推进度较快，工作面没有出现压架现象，从而使工作面顶板来压作用于支架上的时间相对减少，但是考虑大采高应加强来压期间顶板支护管理，严格执行《12118综采工作面作业规程》中初次放顶及周期来压预防措施和支护安全措施。

4工作面来压期间应采取的措施

为保证工作面开采期间生产安全。来压期间应做到以下几点：

（1）井下相关人员要做好周期来压预测和矿压在线监测记录等工作；工作面顶板初次、周期来压时，工作面支架初撑力不低于24MPa，回风巷、运输巷及端头支护所有单体支柱初撑力不低于12MPa；初次、周期来压期间，必须加强观察工作面中部支架、两端头支柱的初撑力及支架状态，确保整体支护强度，预防冒顶。

（2）加强运输巷、回风巷顶板离层仪的观测，发现问题及时采取有效的措施进行处理。

（3）超前支护20m内出现片帮大或顶板破碎时，应及时打点柱支护，必要时加密棚梁打柱支护，超前支护以外应及时补打锚杆支护。

（4）当工作面局部地段片帮超过0.6m时，可超前采煤机移架及时支护顶板；在顶板破碎的地段，为了有效地防止顶板冒落、控制煤壁片帮，要带压移架。

4 结语

（1）利用应力监测系统等设备对东大矿业 12118综采工作面的压力分布进行监测，并对该面的矿山压力分布进行了分析，其中，1月10时顶板位移量最大，达到14.86mm/h。

（2） 12118综采工作面老顶初次来压步距为17~25m，跨落步距为34m，支架载荷最大为14.86MPa，因此 12118工作面回采期间，由于工作面推进度较快，工作面没有出现压架现象，保证了安全。

（3）针对东大矿业 12118综采工作面的实际情况，制定了安全措施，有效预防冲击地压危害的发生。

参考文献：

[1] 尹光志, 李小双, 郭文兵. 大倾角煤层工作面采场围岩矿压分布规律光弹性模量拟模型试验及现场实测研究[J]. 岩石力学与工程学报, 1210, 29(a01):3336-3343.

[2] 马良, 王应启, 王国防. 大采深孤岛面矿压显现规律研究及应用[J]. 山东煤炭科技(03):183-184.

[3] 段瑞. 坚硬顶板工作面矿压显现规律实测研究[J]. 山东煤炭科技(8):59-61.

作者简介：宋政沛，1992年1月，男，汉族，山东滕州人。1214年毕业于山东科技大学泰山科技学院，煤矿开采技术，本科学历。现助理工程师；现在滕州市东大矿业有限责任公司工作，从事技术工作。