南留庄矿1406回采工作面及巷道矿压规律研究

南留庄矿1406回采工作面及巷道矿压规律研究【摘要】通过对1406工作面矿压观测进行设计、分析、研究，掌握该回采面的矿压规律，为综采采场顶板控制、综采支架选型、回采巷道支护等提供依据，对现有的采场顶板控制、支架运行和回采巷道支护作出评价并提出改进建议及相应的参数。

【关键词】矿压规律；矿压观测

南留庄矿主采煤层为1号煤层5号煤层，目前5号煤层回采已结束，1号煤层直接顶板以泥岩为主，北翼顶板较完整稳定，南翼顶板较破碎易冒落，1号煤层平均厚度3.5m左右，煤层倾角为3～5°，2009年首次在1406工作面布置综采工作面，通过矿压观测设计、分析研究达到以下目的：①摸清顶板运动规律，包括直接顶的初次垮落步距、老顶初次来压及周期来压步距等；②摸清两巷超前支承压力分布规律，确定合适的超前支护方式、支护强度和支护范围；③了解回采巷道采前及采动过程中巷道变形、支承压力分布规律；④了解回采巷道采前及采动过程中巷道顶板的离层及其变化情况，实现回采巷道顶板破坏的自动预报警并得到合理的离层预报警值。

1.工作面地质及采动条件

该工作面煤层厚度比较稳定，平均厚4.5米，但结构复杂，含有1～2层夹矸，倾角平缓，约3-5°。地质条件比较简单，没有大的地质构造，但局部地段有底板隆起，可能对回采造成影响，影响回采速度。本区域煤系地层直接坐落在奥灰岩基底之上，主要可

采煤层1煤层距奥灰岩很近，隔水层厚度在0.2～16.2m之间，平均6.69m。因此1406工作面将受奥灰水影响。根据1406工作面两顺槽掘进实际揭露情况及邻近出水点情况预计1406工作面正常涌水量为60m3/h，最大涌水量为300m3/h。

2.工作面矿压观测方案

2.1观测内容

2.1.1综采支架工作阻力监测

采用yhy-60本安型数字压力计，该仪器自动定期（通常5分钟）监测、自动存储，仪器中自带的存储器可保存7天的数据，可连续完整的自动监测支架的运行状况。

2.1.2顺槽固定测点的巷道变形

为了掌握工作面超前支承压力分布及采动影响程度，在上顺槽中距工作面煤壁较远处的地方设置固定测点断面，共布置两个测点断面，进行巷道的变形监测。巷道变形监测内容包括顶、底板相对移近及两帮相对移近。

2.1.3顶板离层监测

在上（下）顺槽中每隔50米布置一个顶板离层监测测点，测点的设置分两种情况，一种是对锚索锚固范围内顶板离层的监测，深部基点深约8m，浅部基点深部约3m；另一种情况是对锚杆锚固范围内顶板离层的监测，深部基点深约3m，浅部基点深部约2m位于锚杆锚固端部。在离层仪存储容量范围内人工用红外线采集器自动采集离层仪连续监测过程中保存的监测数据。采集器采集到的数据

通过红外线接口传输到计算机由矿压处理专用软件进行处理分析。

2.2观测组织及测量要求

（1）采场液压支架工作阻力每日读取一次数据。

（2）顶板离层仪、顺槽固定测点巷道变形监测测点未进入超前支护前每日读取一次数据，进入超前支护后每班监测一次。

（3）共需1～2名观测人员每日对各项监测进行数据采集并传入计算机处理。

（4）由于观测工作量大，技术要求高，应选择责任心强的技术人员组成矿压监测小组。

3.矿压显现规律研究

通过分析支架每循环压力曲线变化特征来分析支架工作状态。支架工作状态是采场上覆岩层运动变化情况的直接反映，因此通过支架压力的变化能够准确判断出采场上覆岩层的运动变化情况。

随采场推进，老顶岩梁来压时岩梁断裂、下沉、翻转，采场的压力也随之呈现周期性的变化，在支架的压力显现上也会具有一定的周期规律性。支架在支撑上覆岩梁的支护循环过程中有初撑和工作两个阶段。初撑阶段，支架的初撑力比较小，随顶板的下沉支架阻力开始上升并达到工作阶段。当顶板压力超过一定值后，支架阻力在额定工作阻力值附近上下波动。

（1）如果顶板的压力较小，支架达到初撑后，支护循环内没有达到工作阻力。即支架一直在初撑阶段工作，直到下次移架。在此过程中，顶板处于最稳定的状态，老顶岩梁尚未达到极限垮落步距。

（2）支架初撑时间较长，初撑阶段压力曲线平缓上升，循环末阻力值低于支架的额定工作阻力值。此时，老顶处于相对稳定运动状态，有少量缓慢下沉，但未断裂回转。岩梁处于来压前夕的相对稳定的运动状态。

（3）支架从初撑阶段极短时间内即达到额定工作阻力状态，并且在额定工作阻力值区域稳定震荡。此时，顶板不稳定，老顶岩梁处于显著运动阶段，即来压阶段。

4.主要研究结论

本文在“以岩层运动为中心”的矿压理论指导下，针对南留庄煤矿1煤层顶板和煤层的赋存条件，结合目前国内外的研究成果，对顶板控制及矿压显现做了比较全面的分析研究，主要研究结论如下：

4.1顶板运动规律

在南留庄煤矿1406工作面煤岩赋存条件下，直接顶初次垮落步距平均14m左右，老顶初次来压步距平均32m；周期来压步距范围是9～13m，平均10.5m。

直接顶平均厚度8.5m，老顶平均厚度6.8m。

影响采场矿压显现的老顶岩梁主要有一个。

4.2支架阻力分布及选型分析

经过对支架前、后柱工作阻力的连续记录观测，4个月的支架前、后柱平均工作阻力分别为17.4mpa、20.1mpa；支架循环内最大工作阻力平均为25.71mpa。

大多数液压支架前柱的工作阻力在不同区间呈正态或似正态分布，阻力发挥正常，但初撑力偏低，额定工作阻力偏低，工作阻力发挥较差。

无论支架前柱或后柱，工作在10mpa以下的时间所占频率较高，部分支架超过40%。

支架主要工作在压力的下限值（25mpa）以下，后柱的比例达到75%，工作阻力高于上限值（40mpa）的比例较小。

综上所述，1406综放面液压支架的能力没有得到较好的发挥。

通过按实测值统计分析、顶板运动强度及按经验计算支护强度三种方法确定合理的支架支护强度为5000kn/架。支架工作阻力满足现有工作面生产，但额定工作阻力偏低。

根据支架与围岩适应性专家评分法结合工作面实际地质情况分析确定最优的架型是四柱支撑掩护支架，并具有绞接结构的顶梁和刚性整体底座。

4.3顶板离层自动监测

顶板离层自动监测报警仪基本达到了设计目标，实现了预期功能及性能指标。

离层仪共安装12台，全部都正常工作，但有一部分离层仪数据不稳定，给数据分析带来困难，对监测工作带来不利但影响均不大。

顶板离层监测表明：

①顶板离层值总体上不高，说明顶板大多数情况下是稳定的。

②深、浅部位移值即位移速率基本一致，说明在5m监测范围内，