賈 軍

(山西焦煤霍州煤電集團(tuán) 汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞 041600)

1 工程概況

山西霍州煤電集團(tuán)三交河煤礦2-502工作面開采2號煤層。煤層位于二疊系下統(tǒng)山西組，煤層均厚為4.2 m，平均傾角為2°，煤層穩(wěn)定可采，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含兩層夾矸，直接頂巖層為泥巖和粉砂巖互層，基本頂巖層為中砂巖，均厚7.2 m，底板巖層為泥巖和中砂巖。2-502工作面采用大采高綜采采煤方法，采高為4.2 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，工作面內(nèi)液壓支架采用ZY12000/22/35型支撐掩護(hù)式液壓支架。為充分掌握工作面回采期間的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及支架的適應(yīng)性，特進(jìn)行礦壓規(guī)律的實測分析。

2 工作面礦壓顯現(xiàn)特征

為分析掌握2-502工作面回采期間的礦壓特征，采用尤洛卡在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行工作面回采期間支架工作阻力的實時監(jiān)測，以總結(jié)分析工作面頂板的來壓規(guī)律，為全面對工作面區(qū)域的礦壓特征進(jìn)行分析，現(xiàn)將工作面劃分為上部、中部和下部3個區(qū)域，每個區(qū)域進(jìn)行2個液壓支架工作阻力的監(jiān)測，工作面上部區(qū)域監(jiān)測20號和37號液壓支架，中部區(qū)域監(jiān)測56號和61號液壓支架，工作面下部區(qū)域監(jiān)測86號和102號支架。

根據(jù)2-502工作面回采期間的礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，工作面上部、中部和下部不同支架處的工作阻力曲線基本表現(xiàn)為相同的變化趨勢[1-3]，現(xiàn)具體以20號、56號和86號支架分別代表工作面上部、中部和下部進(jìn)行具體分析，工作阻力曲線如圖1所示。

分析圖1(a)可知，2-502工作面回采期間，其上部的周期來壓平均步距為16.9 m，基本頂來壓期間的影響范圍為5.5 m。從圖中能夠看出，20號支架的末阻力平均動載系數(shù)為1.19，液壓支架的時間加權(quán)阻力平均動載系數(shù)為1.13，工作面頂板來壓期間支架循環(huán)末阻力和時間加權(quán)工作阻力的平均值分別為8 264.6 kN和7 536.6 kN，其分別占到支架額定工作阻力的68%和62%.

分析圖1(b)可知，工作面回采期間中部基本頂?shù)钠骄芷趤韷翰骄酁?2 m，基本頂來壓時平均影響范圍為7.9 m，液壓支架末阻力和時間加權(quán)阻力的平均動載系數(shù)分別為1.17和1.19，支架循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力平均值分別為9 211.8 kN和7 427.4 kN，分別占到液壓支架額定工作阻力的77%和62%.

圖1 工作面液壓支架工作阻力曲線

分析圖1(c)可知，工作面回采期間下部基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄酁?6.4 m，基本頂周期來壓的影響范圍約為5.7 m，液壓支架的循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力平均動載系數(shù)分別為1.32和1.37，工作面來壓時，支架循環(huán)末阻力和時間加權(quán)阻力的平均值分別為9 527.3 kN和8 084.5 kN，其分別占到支架額定工作阻力的79%和67%.

綜合上述分析可知，工作面上部、中部和下部基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗟钠骄捣謩e為16.9 m、21.9 m和16.4 m，工作面內(nèi)整體周期來壓步距為18.4 m，工作面動載系數(shù)分別為1.28、1.17和1.32。基于上述可知，工作面來壓期間的影響范圍大致相同，工作面區(qū)域動載系數(shù)呈現(xiàn)出兩端大、中部小的特征，基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄嗤瑯映尸F(xiàn)為兩端小、中部大的特征。

3 支架適應(yīng)性分析

為有效分析2-502工作面回采期間液壓支架的適應(yīng)性，現(xiàn)分別從液壓支架支護(hù)阻力的頻率分布和支架的增阻特性方面進(jìn)行支架整體適應(yīng)性進(jìn)行分析[4-6]。

1) 支護(hù)阻力頻率分布：通過對工作面回采期間上部液壓支架的工作阻力進(jìn)行監(jiān)測分析，得出工作面上部、中部和下部支架末阻力和時間加權(quán)阻力分布直方圖，如圖2所示。

圖2 工作面支架阻力分布直方圖

分析圖2(a)可知，工作面上部支架的初撐力基本均在5 722～8 722 kN的范圍內(nèi)，其占到總體的81.6%，該范圍的初撐力達(dá)到額定初撐力的74%以上；初撐力小于額定初撐力74%的比例僅占到17.4%。工作面上部液壓時間加權(quán)阻力基本落在4 000～10 000 kN的范圍內(nèi)，其達(dá)到總量的99.5%，該范圍內(nèi)的加權(quán)阻力占到額定阻力的33%～83%.

分析圖2(b)可知，工作面中部支架初撐力基本均在4 722～8 722 kN的范圍內(nèi)，占到總量的83.2%，初撐力小于額定阻力61%的比例為10.7%；支架時間加權(quán)阻力基本均在4 000～10 000 kN范圍內(nèi)，其占到總量的91.3%，該范圍內(nèi)的時間加權(quán)阻力占到額定阻力的33%～83%.

分析圖2(c)可知，工作面下部支架初撐力基本均在4 722～7 722 kN的范圍內(nèi)，其占到總量的69.7%，該范圍內(nèi)支架的工作阻力占到額定初撐力的61%～100%；支架時間加權(quán)工作阻力基本均在4 000～10 000 kN的范圍內(nèi)，占到總量的85.1%，該范圍內(nèi)時間加權(quán)阻力占到額定工作阻力的33%～83%.

綜合上述分析可知，2-502工作面支架的初撐力強(qiáng)度較為合理，且通過對比可知，工作面上部液壓支架的初撐力相對較小，工作面上部、中部和下部支架初撐力大于額定初撐力70%的比例分別為81.6%、83.2%和88%，工作面下部支架初撐力相對較好；工作面支架阻力整體呈現(xiàn)正態(tài)分布特征，且支架阻力呈現(xiàn)明顯的中間大、兩端小的特征，工作面上部、中部、下部支架工作阻力超過額定80%的比例分別為1%、8.7%和5.6%，這表明工作面下部液壓支架受到頂板的作用相對較大。

2) 支架增阻特性：根據(jù)工作面回采期間液壓支架工作阻力的監(jiān)測分析結(jié)果，能夠得出工作面不同區(qū)域液壓支架工作過程中的增阻狀況[7-8]，現(xiàn)為有效分析工作面上部、中部和下部支架的增阻狀況，分別選取20號支架、56號支架和86號支架分別代表工作面上部、中部和下部區(qū)域進(jìn)行支架增阻特征分析，具體支架增阻特征如圖3所示。

分析圖3可知，工作面上部區(qū)域20號液壓支架和工作面中部56號液壓支架的工作阻力增加值在2 000～3 000 kN范圍內(nèi)的比例較大，其分別占到區(qū)域總值的30.3%和35.2%，工作面下部液壓支架工作阻力增加值在3 000～4 000 kN范圍內(nèi)的數(shù)值較大，其占到總體值的30.8%.據(jù)此可知，工作面下部支架工作阻力的增加幅度較大，而工作面中部在3 000～4 000 kN范圍內(nèi)的增阻比例比工作面上部要大。

圖3 工作面液壓支架增阻特性直方圖

綜合上述分析可知，2-502工作面采用ZF12000/23/37型支撐掩護(hù)式液壓支架，工作面上部、中部和下部支架工作阻力的平均值分別為8 264.6 kN、9 211.8 kN和9 527.3 kN，其分別占到額定工作阻力的68%、77%和79%，另外從工作面回采期間支架阻力分布分析可知，工作面中部和下部液壓支架的工作阻力相對較大，工作面內(nèi)液壓支架初撐力基本達(dá)標(biāo)，回采期間支架工作阻力富裕系數(shù)相對較小。據(jù)此可知，ZF12000/23/37型支撐掩護(hù)式液壓支架能有效滿足工作面回采期間的使用要求。

4 結(jié) 語

根據(jù)2-502工作面地質(zhì)及開采條件，通過工作面回采期間現(xiàn)場監(jiān)測的方式進(jìn)行礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的分析，基于分析結(jié)果得出工作面內(nèi)整體周期來壓步距為18.4 m，工作面區(qū)域周期來壓步距和動載系數(shù)均呈現(xiàn)出兩端大、中部小的特征，ZF12000/23/37型支撐掩護(hù)式液壓支架適應(yīng)性較好，能滿足工作面的回采使用要求。