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）

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。

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。