12103綜采面頂板運動規(guī)律實測與分析

趙 劍

（山西忻州神達金山煤業(yè)有限公司，山西 忻州 719400）

12號煤層位于山西組中下部，煤厚1.09～2.76m，平均2.2m，煤層傾角7°～9°。12103工作面位于121采區(qū)，工作面東部為12104運輸順槽，西部為井田邊界，南部為12#煤輔運下山，北部為礦井邊界。12103綜采工作面長度146m，走向長度617m，選用ZY5600/16/32型掩護式液壓支架，共102架。為分析12103綜采面頂板活動及支架荷載分布規(guī)律，在工作面設(shè)置礦壓觀測站，進行礦壓實測，為頂板管理提供支持。

1 礦壓觀測方案

1.1 礦壓觀測內(nèi)容與實施步驟

礦壓觀測內(nèi)容：（1）液壓支架前后立柱工作參數(shù)，包括工作阻力、初撐力等；（2）液壓支架幾何位態(tài)，包括運輸機走向角、立柱走向角、頂梁臺階、立柱傾向角、采高等；（3）液壓支架失效情況，包括機械原件損壞、系統(tǒng)失效與故障部位等；（4）頂板動態(tài)與煤體片幫，包括冒頂范圍、片幫深度、片幫范圍、端面距、冒高等。

根據(jù)提取數(shù)據(jù)及礦壓記錄，對工作面頂板活動規(guī)律、來壓特征、工作面支架受力特點、工作面支護質(zhì)量等進行定期分析。采用開發(fā)的監(jiān)控軟件進行處理，包括日常輸入和計算整理數(shù)據(jù)，并通過計算得到工作面宏觀動態(tài)事故隱患圖與監(jiān)控日報，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行分析處理，結(jié)合12103工作面綜合資料，得到“液壓支架壓力-時間圖”、“支架失效監(jiān)測專題報告”、“工作面支架壓力分布圖”等，最終提出“支架-圍巖”處理措施。

1.2 測站布置

12103 工作面安裝KJ693煤礦頂板礦壓在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)綜采面液壓支架布置情況，每隔10架安裝一臺壓力傳感器。在工作面和運輸、回風順槽中共布置以下兩種礦壓觀測區(qū)：

（1）工作面支架工作阻力測區(qū)：布置11臺GPD60W礦用本安型無線頂板壓力傳感器，分別在10、20、30、40、50、60、71、81、91、101號液壓支架安裝。

（2）頂板離層測區(qū)：在工作面兩順槽每隔50m處設(shè)觀測站，分別在頂板安裝頂板離層指示儀，檢測頂板離層量。

1.3 礦壓現(xiàn)場觀測方法

礦壓觀測組技術(shù)員每天負責對工作面超前支護20m范圍內(nèi)單體支柱進行初撐力抽查，初撐力不低于90kN(Φ100mm單體支柱≥11.4MPa)。對工作面綜采支架進行初撐力抽查，初撐力不低于規(guī)定值31.5MPa的80%（≥24MPa），泵站壓力不得低于31.5MPa，乳化液配比濃度達3%～5%。

工作面動態(tài)觀測：自下巷始，10架一組，用測尺觀測頂板動態(tài)與片幫情況，測每組片幫、冒頂參數(shù)，至上巷止；頂板離層儀初次安裝觀測時間為前7d每天觀測一次，7d后每2d觀測一次；支架觀測：7～15d觀測組技術(shù)員采用人工觀測的方法逐架檢測支架失效情況，用坡度規(guī)和測尺觀測支架幾何位態(tài)。定期采集工作面礦壓數(shù)據(jù)，監(jiān)控計算機礦壓觀測系統(tǒng)，根據(jù)礦壓數(shù)據(jù)，及時對工作面進行來壓預(yù)報，以便及時采取針對性措施。

2 礦壓觀測與分析

首采面布置11條測線，進行為期40d的現(xiàn)場觀測，數(shù)據(jù)分析與總結(jié)如下。

2.1 首采面宏觀觀測分析

（1）梁端距觀測數(shù)據(jù)分析

前半個月觀測液壓支架梁端距≥340mm的平均比例為29.6%，之后梁端距≥340mm的情況較少出現(xiàn)。為期40d的現(xiàn)場觀察統(tǒng)計中，液壓支架梁端距≥300mm的平均比例約為52.7%。整體觀測分析來看，早期梁端距控制效果不好，中后期則表現(xiàn)出較好的控制效果。因此來壓時要嚴格按支架操作的基本要求操作，組織快速推進，液壓支架梁端距不應(yīng)大于340mm，應(yīng)采用“帶壓移架法”及時拉架。

（2）端面距觀測分析

整個觀察期間，液壓支架端面距≥340mm的情況時有出現(xiàn)，每次觀測時端面距≥300m的支架比例為13.5%～49.6%，端面距≥340mm的支架平均比例為27.5%。由此可見，在整個觀察期，支架頂梁接頂效果不理想。

（3）工作面來壓前后基本情況

在現(xiàn)場觀測初期，12103工作面沒有片幫與冒頂現(xiàn)象發(fā)生，但隨著綜采面的不斷推進，頂板壓力越來越大，頂板冒頂、支架穿底與漏液、支架間兩臺階等情況也有發(fā)生，表明基本頂來壓可能性越來越大，需要采取相應(yīng)措施。

2.2 支架工作狀態(tài)分析

102 架液壓支架，每10架安裝一個壓力傳感器于支架上下側(cè)立柱，首采面投產(chǎn)后觀測組技術(shù)員每日三測，讀取壓力數(shù)值，并進行記錄。從整個觀測期間的統(tǒng)計結(jié)果來看，同一液壓支架立柱工作壓力差值較大，初撐力與工作阻力較低。初次來壓時，液壓支架立柱的平均工作壓力差值較小。整個實測周期內(nèi)，液壓支架立柱初撐力達到額定工作壓力的80%（24MPa）時的比例不足25%，初撐力達到額定工作壓力的60%（18MPa）時的比例則僅占60%左右，高達3.5%的立柱工作壓力為0。說明12103綜采面液壓支架的工作阻力與初撐力利用率不高，需加強管理，此外還需確保支柱初撐力達到設(shè)計要求，進行必要的改進。

2.3 綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律

為期40d的現(xiàn)場觀測，共觀測了6次周期來壓，工作面來壓具體狀況的數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 12103工作面周期來壓狀況統(tǒng)計結(jié)果

從12101綜采面的曲面圖進行周期來壓分析可知，周期來壓步距為25～40m，平均35m，推斷12103綜采工作面來壓周期穩(wěn)定，周期來壓步距為25～40m，平均35m。從實測數(shù)據(jù)來看，首次大面積垮落期間工作面支架基本穩(wěn)定，強度與以后發(fā)生的周期來壓相當，來壓步距較大是因為工作面推進中強制放頂造成基本頂發(fā)生斷裂，初次垮落步距相當于兩次周期來壓的步距，因此在計算平均值時，以后五次的來壓步距為參考數(shù)據(jù)。由實測可知，12103綜采面周期來壓步距為25.7～39.9m，平均34.5m，這與推斷的數(shù)據(jù)結(jié)果比較接近。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過實測，12103綜采面的周期來壓步距為25.7～39.9m，平均34.5m，這與12101工作面的推斷結(jié)果比較接近，說明推斷結(jié)果基本吻合實測。

（2）第一次周期來壓當工作面推進到離切眼30m時強制放頂，能夠減輕初次來壓影響。

（3）周期來壓期間，出現(xiàn)嚴重片幫和冒頂現(xiàn)象，且淋水大，影響生產(chǎn)，整體上無支架推倒與壓垮現(xiàn)象，但支架工作狀態(tài)不理想，沒有充分發(fā)揮其功能，因此需要對支架參數(shù)進行調(diào)整，在周期來壓將來臨時，做好支護工作與頂板控制管理工作。