莒山煤矿92505薄煤层工作面矿压规律研究

１２．１ ６５．１ ０．１９ ４４．９ ９２．２ ０．４９
１３．６ ６４．２ ０．２１ ４９．１ １００．６ ０．４９
如表 １所示，同位置的摩擦支柱与液压支柱相 比，上、中、下 ３个测站的摩擦支柱初撑力分别为液 压支柱的 ０．２２、０．２３、０．１９，而平均工作阻力分别为 ０．５４、０．４５、０．４９。由此可知，液压支柱的支护效果 要远远优于摩擦支柱，对工作面的安全更有保障。
通过现场 监 测 可 知，９２５０５工 作 面 在 回 采 过 程 中周期来压较为明显，周期来压步距为 １０ｍ，因此 在工作面回采过程中，顶板岩层破断后形成的岩块 也经历了失稳—稳定的过程，最终形成稳定的平衡 结构。但是由于工作面回采高度较小，对上覆岩层 的扰度影响也相对较小，因此周期来压并不强烈，根 据现场监 测 数 据 显 示，巷 道 两 帮 移 近 量 最 大 值 为 ３５ｍｍ，顶板下沉量最大值为 ７２ｍｍ，底鼓量最大值 为 ３７ｍｍ，顶板离层量最大值为 ２５ｍｍ，巷道变形量 也相对较小，支护难度较低。
［５］ 林建成，郭林生，李 可，等．小庄矿 ４０３０９工作面应力 分布及 覆 岩 “三 带”演 化 规 律 研 究 ［Ｊ］．煤 炭 技 术， ２０２０，３９（１１）：７１－７４．
［６］ 安兴龙．不规则工作面矿压观测及显现规律研究［Ｊ］． 煤炭与化工，２０２０，４３（１０）：１２－１４，１８．
［７］ 李 涛．综采工作面矿压显现规律研究［Ｊ］．能源与节 能，２０１９（９）：９－１０，４２．
１ 工程概况
莒山煤矿井田位于山西省泽州县巴公镇三家村 附近，９２５０５工作面主采 ９号煤层，平均埋深 ２３０ｍ， 地质构造简单，层理一般，节理较发育，煤层倾角 ３～ ８°，平均厚度 １．１４ｍ，直接顶为均厚 ２．６ｍ的砂质 泥岩，砂泥岩上层为细砂岩，平均厚度 ２．７ｍ，直接 底为均厚 ４．７ｍ的泥岩。
现有研究结果表明，在工作面回采过程中，采场 顶板岩层发生破断后，会形成类似于三角拱式的平 衡结构 ［４－６］，当平 衡 结 构 岩 块 之 间 的 摩 擦 力 不 足 以 保持岩块之间的平衡时，就会发生失稳，然后随着工 作面的推进，岩块再次逐渐趋于稳定，这就是采场上 覆岩层破断后经历失稳—稳定—再失稳—再稳定的 过程［７－８］，因此才会产生周期来压。
值为 ３７ｍｍ，顶板离层量最大值为 ２５ｍｍ，与顶板下 沉量相比，离层量较小，表明顶板支护效果良好，顶 板没有发生明显离层，表明现有支护效果良好，可以 满足矿方的安全生产需求。
３ 薄煤层上覆岩层矿压规律研究与分析
图 １ 回风巷现场监测曲线
如图 １（ａ）所示，在工作面回采过程中，当单体 支柱距离工作面 ６０ｍ范围内时，单体支柱工作阻力 开始显著增大，随着工作面的推进，单体支柱工作阻 力呈周期性增大的变化趋势，周期来压约为 １０ｍ。 在距离工作面 １５ｍ位置时，单体支柱工作阻力达到 峰值，此后单体工作阻力逐渐减小至初撑力。通过 对现场单体支柱工作阻力的监测，揭示了超前支承 压力的变化规律，超前支承压力的影响范围为 ６０ｍ 左右，超前支承压力影响剧烈区为工作面前方 ２０ｍ 范围内，因此工作面超前支护范围 ３０ｍ是合理且安 全的。周期来压步距约为 １０ｍ，与工作面支护现场 监测数据相吻合。如图 １（ｂ）所示，工作面回采过程 中，在距离工作面 ６０ｍ范围内，受超前支承压力的 影响，巷道围岩开始收敛变形。两帮移近量最大值 为 ３５ｍｍ，顶板下沉量最大值为 ７２ｍｍ，底鼓量最大
平均支护强 来压期间支护 来压期间支 度降低 ／％ 强度降低 ／％ 护强度 ／ｋＮ
２２８．３ ２１１．１ ２８４．９ ２６３．３ ２２０．３ ２０３．６ ２４４．５ ２２５．９
２９．５ ３３．９ １４．４ ８．３ ２１．８ １６．１ ２２．１ １６．６
５１．４ ４７．９ ２２．８ １７．３ ３６．９ ３２．４ ３８．６ ３４．２
实用技术
总第 ２６３期
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２７９８．２０２１．０７．０１４
莒山煤矿 ９２５０５薄煤层工作面矿压规律研究
宋 超
（山西兰花集团 莒山煤矿有限公司，山西 泽州 ０４８００２）
摘 要：与厚及中厚煤层相比，薄煤层工作面受限于作业空间，开采及支护难度较大，机械化程度较低，安 全事故偏多，了解薄煤层工作面矿压规律更有利于现场安全生产。文章以莒山煤矿 ９２５０５薄煤层为工程 背景，以理论分析及现场监测的方法，对薄煤层矿压规律进行了分析研究，结果表明：液压支柱可以满足工 作面的支护要求，而且超前支护 ３０ｍ是合理、安全的。 关键词：薄煤层；液压支柱；支护；超前支承压力；现场监测 中图分类号：ＴＤ３２２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５?２７９８（２０２１）０７?００４２?０３
的卸料轨迹与仿真结果与输送带速度 １．５ｍ／ｓ时一
综上所述，通过仿真结果与计算方法绘制的卸
致，但物料高度 ｈ相差较大。计算抛物线方程方法 料轨迹的比较证明 ：①用计算抛物线方程方法绘制
在输送带速度较低时，计算物料截面积的速度应为 的卸料轨迹与实际比较吻合；②在计算分离角时应
输送带速度；而物料在分离时候的分离速度较输送 采用分离速度计算，而不应采用滚筒转速；③在输送
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２０２１年 ７月 宋 超：莒山煤矿 ９２５０５薄煤层工作面矿压规律研究 第 ３０卷第 ７期
６０ｍ，超前 支 承 压 力 剧 烈 影 响 区 约 为 ２０ｍ，因 此 ９２５０５工作面超前支护 ３０ｍ是安全、合理的。
３） 由于工作面回采高度较小，对上覆岩层的 扰动影响也相对较小，因此，采场上覆岩层破断失稳 到最终稳定形成平衡结构所形成的周期来压强度较 小，支护难度较低。
我国煤炭资源丰富，薄煤层分布广泛，约占煤炭 资源总量的 ２０．４％．与厚煤层相比，受限于开采高 度的影响，薄煤层工作面作业空间狭小，支护难度较 大，煤炭回 收 率 低，安 全 事 故 频 发［１－３］。 因 此，了 解 薄煤层工作面的矿压显现规律对于薄煤层开采具有 重要的理论指导意义。本文以兰花集团莒山煤矿 ９２５０５薄煤层工作面为工程背景，采用理论分析、现 场监测等方法，对此问题进行分析研究。
来压期间支 护强度 ／ｋＮ
４６９．８ ４０５．１ ３６９．１ ３１８．２ ３４９．３ ３０１．２ ３９８．４ ３４３．５
支护密度
２．１５ ２．０５ ２．１５ ２．０５ ２．１５ ２．０５ ２．１５ ２．０５
液压支柱
平均支护 强度 ／ｋＮ
１３０．２ １２０．３ １５１．７ １４０．２ １２３．９ １１４．６ １３５．３ １２４．９
２ 现场监测
对 ９２５０５工作面进行矿压监测，共分两个周期 进行现场数据的收集。第一个周期对金属摩擦支柱 进行矿压监测，第二个周期对单体液压支柱进行矿 压监测。在工作面上、中、下位置分别布置测站，每 个测站设置两个监测点，对工作面支柱工作阻力进 行监测，同时对 ９２５０５运输巷及回风巷超前单体支 柱工作阻力及回采巷道超前支护液压支柱的工作阻 力进行监测。 ２．１ 工作面支柱现场监测数据分析
根据现场监测数据，两种支柱工作阻力变化情 况明显不同。对于摩擦支柱，在工作面回采初期，并 未出现明显的周期来压显现，当工作面推进到 ２０ｍ 以后，才出现较为明显的周期来压现象，周期来压步 距约为 １０ｍ；当工作面推进到 ２２ｍ及 ３１ｍ时出现 摩擦支柱工作阻力峰值。对于液压支柱，周期来压 现象明显，周期来压步距约为 １０ｍ，当工作面推进 到 １６ｍ时，出现液压支柱的工作阻力峰值。
［８］ 包 海 癉．新 景 矿 浅 埋 综 采 工 作 面 顶 板 来 压 规 律 研 究 ［Ｊ］．现代矿业，２０１９，３５（８）：６１－６４．
［责任编辑：常丽芳］
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（上接第 ３６页）在 ０．２和 ０．３之间时，计算方法绘制 计算物料高度，采用分离速度计算会更准确。
４ 结 语
通过对莒山煤矿 ９２５０５薄煤层工作面进行现场 监测，分析可得以下结论：
１） 通 过 对 比 分 析 摩 擦 支 柱 和 液 压 支 柱 的 初 撑力、平均工作阻力及工作面回采过程中工作状态， 可知液压支柱的支护效果更好，支护效率更高。
２） 以工作面回采过程中，回采巷道现场矿压 监测数据为依据，可知超前支承压力影响范围约为
参考文献：
［１］ 任印东．浅谈薄煤层的开采的现状及对策［Ｊ］．山东工 业技术，２０１６（７）：５１．
［２］ 杨宝忠．薄煤层开采技术发展现状［Ｊ］．能源与节能， ２０１６（１）：１９０－１９２．
［３］ 张宪军．薄煤层工作面过复杂地质构造技术策略研究 ［Ｊ］．矿业装备，２０２０（６）：５６－５７．
［４］ 王灵俊．周期来压期间对综采工作面顶板管理影响探 析［Ｊ］．中国 石 油 和 化 工 标 准 与 质 量，２０２０，４０（２４）： ８６－８８．
带速度大，因而会导致算出的物料高度也偏大。
带速度较低情况下，计算物料高度应该采用分离速
３ 结 语
度不应采用输送带速度。
参考文献： 通过以上卸料轨迹的仿真对比分析，．散状物料带式输送机设计［Ｍ］．沈阳：东北大
１） ＣＥＭＡ方 法 绘 制 卸 料 轨 迹，当 输 送 带 速 度 比较低时，采用卸料滚筒转速计算分离角与实际相 差较大，物料速度有分层现象，卸料轨迹上窄下宽呈 发散形状，与仿真结果有出入。但在输送带速度较 高时，如果对卸料轨迹精度要求不高，可以使用 ＣＥ ＭＡ方法绘制卸料轨迹。
考虑到回风巷设备较少，更有利于现场监测设 备的布置及数据采集，因此在 ９２５０５回风巷布置综 合测站进行矿压监测，在距离开切眼 １００ｍ范围内，
收稿日期：２０２１?０３?２１ 作者简介：宋 超（１９８４－），男，山西沁水人，助理工程师，从事煤炭技术工作。
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每隔 ２０ｍ布置 １个综合测站，每个综合测站布置 每个监测点布置两根单体支柱。为保证监测数据的 ５类监测点，分别对单体支 柱 工 作 阻 力、两 帮 移 近 准确性，现场监测数据应安排专人定期采集、分析， 量、顶板下沉量、底鼓量和顶板离层量进行监测，在 并剔除其中异常数据，现场监测数据如图 １所示。
９２５０５工作面两种支护方式实际支护强度现场 监测数据如表 ２所示。与摩擦支柱相比，９２５０５工 作面采 用 液 压 支 柱 支 护 时，支 护 密 度 平 均 减 小 ３４．８％，平均支护强度平均降低 １９．４％，来压期间支 护强度平均降低 ３６．４％．由此可知，采用液压单体 支柱支护工作面时，支护效率更高。 ２．２ 超前单体支柱工作阻力现场监测数据
２） 采用计算抛物线方程方法绘制的卸料轨迹
学出版社，２０００． ［２］ 宋伟刚，周先莲，张明远．带式输送机卸载过程中物料
轨迹的计算方法［Ｊ］．矿山机械，２０００（８）：４１－４３，３－５． ［３］ 朴香兰，郭 越．卸载过程的物料运动研究［Ｊ］．工程图
学学报，２０１０，３１（４）：１２－１６． ［４］ 徐 泳，孙 其 诚，张 凌，等．颗 粒 离 散 元 法 研 究 进 展
表 ２ ９２５０５工作面两种支护方式支护强度
测站 支柱状态 支护密度
最小控顶距 上
最大控顶距 最小控顶距 中 最大控顶距 最小控顶距 下 最大控顶距 最小控顶距 综合 最大控顶距
３．４５ ３．０１ ３．４５ ３．０１ ３．４５ ３．０１ ３．４５ ３．０１
摩擦支柱
平均支护 强度 ／ｋＮ
１８４．６ １８２．２ １７７．３ １５２．９ １５８．４ １３６．６ １７３．７ １４９．８
摩擦金属支柱和单体液压支柱两个周期的现场 监测数据如表 １所示。
表 １ ９２５０５工作面现场监测数据
测站
上 中 下 平均
平均初撑力 ／ｋＮ
平均工作阻力 ／ｋＮ
摩擦支柱 液压支柱 比值 摩擦支柱 液压支柱 比值
１４．２ ６５．８ ０．２２ ５２．３ ９６．８ ０．５４
１４．５ ６１．６ ０．２３ ５０．２ １１２．８ ０．４５