综采工作面尺寸与矿压显现规律研究

综采工作面尺寸与矿压显现规律研究
田双奇
(陇东学院能源工程学院2013级采矿2班学生,甘肃,庆阳,745000)
摘要:目前,我国已经普遍采用综采工作面采煤.但是,由于受到地质条件的影响,综采工作面尺寸各不相同,随之而来的是各个矿井工作面的矿压显现规律各不相同.在此,我们对不同尺寸的工作面从采高和长度两方面与矿压显现特点进行研究总结,为今后的矿井综采面工作提供更加详细,贴近的参考.
这样,在薄煤层中,我们侧重考虑工作面长度变化的影响;在中厚煤层中,则综合两方面考虑......
根据不同的工作面尺寸来参考预报矿压显现情况,这将在一定程度上为采煤工作带来有力的依据和安全、经济的保障。

关键词:综采工作面；尺寸;矿压显现规律
中图分类号：TD323 文献标识码： A 文章编号：
On influence of fully mechanized mining face size on strata behavior
regularity
Tian Shuangqi
(Student of Longdong university,qingyang,gansu745000,china)
Abstrac:at present,most have using fully mechanized mining face in our countray.but,because infiuence of different of face,with different Strata behavior regularity.so,we had found that On influence of fully mechanized mining face size(high and length) on strata behavior regularity.provide more advantage rule.
Key words: fully mechanized mining face;size; Strata behavior regularit
在实际生产中，我们遇到各种赋存条件下的煤层，使得工作面的形状各不相同，但是很少有将工作面采高与长度综合研究的，此次，我调查了多个案例后，将工作面尺寸与矿压显现的特点
1. 不等长工作面矿压规律研究
1. 1 煤层赋存条件及工作面情况
1.1.1案例一
神东煤炭集团哈拉沟煤矿12#煤层1011工作面长168m，推进长度246m;1012工作面长450m，推进长度857m。

煤层平均厚度2.11m，煤层赋存稳定，煤层倾角1~3度。

老顶为细砂岩，平均厚度2.98m；直接顶为粉砂岩，平均厚度3.79m。

1.1.2案例二上湾煤矿51101工作面长240m，推进长度3939m，采高5.3m；51104工作面长301m，推进长度3360m，采高5.3m。

煤层赋存稳定，地质构造简单，开采条件良好。

顶板为砂质页岩，厚度0~15m，基本顶为砂岩，厚度6~15m；直接底为泥岩，厚度2~3m，基本底为砂岩。

1.2数据收集与分析
表1不等长工作面老顶初次来压期间矿压特征表
由表1可知，老顶初次来压时，450m 超长工作面对应的老顶初次来压步距、来压期间支架工作阻力及动载系数大于168m工作面，且450m工作面对应老顶初次来压步距、来压支架工作阻力及动载系数变化幅度明显大于168m工作面。

表2 不等长工作面周期来压期间矿压特征对比表
由表2可知，周期来压期间，450m超长工作面对应的来压步距小于168m工作面，450m工作面对应来压期间支架循环末阻力、动载系数和来压持续长度均大于168m工作面，即450m超长工作面周期来压强度大于168m工作面。

1.2.2案列二
表1 不等长工作面来压实测数据
老顶垮落
步距/m 来压
期间
支架
工作
阻力
/MPa
非来
压期
间支
架工
作阻
力
/MPa
动载
系数
来压
持续
长度
/m
168m
工作面平
均
值
最
大
值
最
小
值
39.6
41
39
49.3
56.7
42.9
27.8
28.6
27.3
1.78
2.08
1.50
3
.
4
4
3
450m
工作面平
均
值
最
大
值
最
小
值
44.1
51
41
50.8
58.7
36.7
27.7
29.4
26.7
1.81
2.10
1.32
3
.
3
5
2
老顶
垮落
步距
/m
来压
期间
支架
循环
末阻
力
/MPa
非来
压期
间支
架工
作阻
力
/MPa
动载
系数
来
压
持
续
长
度
/m
168m
工作
面
平
均
值
最
大
值
最
小
值
12.4
19
8
43.3
55.6
36.6
27.8
33.9
25.7
1.56
2.12
1.32
2.5
4.0
1.0
450m
工作
面
平
均
值
最
大
值
最
小
值
11.0
18
9
44.4
55.5
39.0
28.0
29.2
27.0
1.59
1.73
1.37
2.8
4.2
1.5
由表1可见，240m工作面和300m工作面初次来压步距分别为53.84m和27.20m，两者相差很大。

这是由于240m工作面为首采工作面，四周没有采动且工作面长度相对短，而且顶板岩层断裂滞后充分采动时间短所造成的；而300m工作面为第2个长壁工作面，一侧采动，工作面长度加大，顶板断裂活动超前与充分采动时间早，所以表现为初次来压步距缩短。

240m工作面周期来压步距初期观测结果为20.6m，中期观测结果为17.0，综合周期来压步距为18.8m;300m工作面周期来压步距为16.24m。

因此，大采高综采面长度增加后，周期来压步距也缩短。

表2 不等长工作面来压强度实测数据
由表2可知，240m工作面初次来压强度Pmax=29.73MPa,来压持续时间较长，动载系数Kd=1.19；300m工作面初次来压强度Pmax=31.67MPa,动载系数Kd=1.37；工作面长度为300m的初次来压强度和动载系数要比工作面240m的大。

240m工作面初期和中期初次来压强度Pmax分别为41.98和45.70MPa，动载系数Kd分别为1.6和1.8；240m工作面周期来压初期初次来压强度Pmax=39.09MPa,动载系数Kd=1.31。

由此可见，因为工作面长度增加，周期来压步距减小，周期来压强度缓和。

240m工作面初次来压强度低，动载系数小，是由于该工作面为首采工作面，工作面长度比51104工作面小，四周未采动，顶板冒落不充分，表现到支架上的来压强度就低；51101工作面周期来压强度大，动载系数高，则是由于顶板冒落继续向上发展，存在冲击载荷所致。

51104工作面长度300m，属于周围采动影响的工作面，覆岩活动已很充分，故初次来压强度大于51101工作面；而周期来压期间，步距减小，动载冲击的频率降低，因此来压载荷显现强度和动载系数要小于51101工作面。

1.3 结论
✧初次来压步距和周期来压步距随工作
面长度的增加而减小。

✧初次来压强度随工作面长度的增加而
加大，周期来压强度随工作面长度增加
而减小。

✧工作面长度大，顶板来压显现的位置和
增载幅度表现为较大的随机性，顶板
压力显现可以分为均匀分布、全工作
面来
✧压、2个不同部位分别来压和1个部位
不均匀来压4种类型。

周期来压期间
全工作面支架载荷均超出安全阀开启
压强，大采高超长工作面顶板压力显
现很强烈。

✧沿工作面矿压分布特征是中部区域矿
压显现最强烈，支架载荷最大；距离
中部较近的下部和上部区域矿压显现
比较大，支架载荷比中部稍小；而机
头和机尾区域，矿压显现相对缓和，支
架载荷最低。

支架末阻力最值和末阻
力，均值均呈现出长工作面大于短工作
面的普遍规。

✧整个开采期间，支架末阻力与初撑力为
线性正比增加规律，周期来压期间，最
大末阻力与平时末阻力亦为线性正比
增加规律。

2．不同采高工作面矿压规律
2.1 煤层赋存条件及工作面情况
2.1.1案列一
初次来压周期来压初
期
周期来压中期
Pmax/MPa Kd Pmax/MPa Kd Pmax/MPa Kd 240m
工作
面
29.73 1.19 41.98 1.60 45.7 1.80
300m
工作
面
31.67 1.37 39.09 1.31 _ _
淮南矿区13-1煤层倾角0~10度，平均3度，煤层厚度0.2~5.5m ，平均厚度4.1m ，煤层底板标高-579~-825m 。

工作面伪顶为泥岩，厚度0~1.2m ，直接顶为1.1~7.5m 的泥岩，老顶为8~17.7m 的砂质泥岩；直接底为
0.3~1.6m 的泥岩，老底为3~7.3m 的砂质泥岩。

13-1的A 工作面走向长度2150m ，倾向长203m ，采高2.8m ，B 工作面为3-1煤首采面，工作面走向长度1760m ，倾向长度185m ，采高4.1m 。

2.1.2案列二
同煤集团云冈矿分别在8#薄煤层、11#中厚煤层和12#厚煤层开采。

其中，8#煤层81121工作面倾斜长度为120.8m 采高1.49m ，煤层平均倾角3度。

11#煤层8908工作面倾斜长度为140m ，采高1.97m ，煤层倾角平均6度。

12#煤层工作面倾斜长度为150m ，采高为5m 。

2.2 数据收集与分析 2.2.1案列一
表1 A 和B 工作面来压步距实测数据
由表1可知,A 和B 工作面初次来压步距分别为30.6m 和28.5m ，两者差距不大，是由于两者均为首采工作面，四周没有收到采动影响。

A 工作面周期来压步距初期实测结果在7.6~8.7m ，综合周期来压步距为8.3m ；
B 工作面来压步距为12~12.8m ，综合周期来压步距为12.4m
综采工作面采高增大后，周期来压步距业相应增大。

表2 A 和B 工作面矿压分布的比较
由表2可以看出，无论采高是2.8m 还是4.1m ，沿工作面倾向矿压显现分布具有一致性。

中部区域的矿压显现剧烈，支架载荷最大。

位于工作面的上下部分区域的矿压显现比中部小，较为缓和，支架载荷也偏低，基本呈现抛物线规律。

图1 B 工作面片帮深度频率统计
A 工作面采高2.8m ，工作面推进过程中，工作面片帮现象较少作面煤壁片帮现象较为明显，特别随着工作面推进，开采高度逐渐增加，片帮现象加重。

由于所采煤层为完整性较好的中硬煤层，所以片帮位置均位于才搞的中上部，尽管煤壁片帮受各种因素的影响，但仍表现出随着采高的增加，煤壁片帮更容易发生。

2.2.2案列二
表1 三个工作面矿压参数对照表
位置 A 工作面Pm/MPa
位置 B 工作面Pm/MPa
105#（上部） 38.2 121#（上部）
38.8
58#（中部） 40.1 71#（中部）
41.3
11#（下部）
31.8 14#（下部）
37.5
工作面 初次来压 步距/m
周期来压步距/m
编号
采高/m
第1次 第2次 第3次
A 2.8 30.6 8.6 8.7 7.6
B 4.1 12.8 12 12.5
项目 8#层81121面 11#8908面 12#8822面
煤层厚度/m 1.49 1.97 5.0
悬空距离估算
值/m
0.6 0.8 1.2
支架最大工作
阻力/MPa
32 35 50
来压步距变化
幅度/m
变化不大 11 29
表2采高与矿压的关系
由表1、表2可知：
1.老顶压力及由此产生的支架最大工作阻力的主要因素是采高，其次才是直接顶层岩层的岩性。

2.采高越大老顶来压活动就越复杂。

来压活动复杂说明变化幅度大，因此，采高也是决定来压步距变化幅度和支架最大工作阻力变化幅度的决定因素。

3.根据老顶压力与支架最大工作阻力关系式得出在机道及支架上方的直接顶完好的情况下，老顶来压时产生的压力主要作用于支架上方的直接顶和煤壁上，作用在支架上只有很少一部分。

2.3 结论✧开采条件相似的情况下，周期来压步距
随工作面采高的增加而增加；
✧沿工作面矿压分布特征是中部区域矿
压显现剧烈，位于工作面上下部分区域
的矿压显现比较小，较为缓和，支架载
荷也偏低；
✧随着工作面采高的增加，煤壁片帮也越
严重；
✧采高越大，形成的支撑压力峰值区域离
工作面煤壁越远；在煤壁处，采高越大，
支撑压力峰值越小；
工作面均呈现出中部顶板下沉量大于两侧的规律，并且随采高增加，顶板下沉量增加。

参考文献
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