大采高工作面液压支架受力分析及矿压显现规律研究

李平

山西吕梁离石王家庄煤业有限公司

摘要

一次采全高综采工艺在全国各大型煤企已开始应用，为了最大程度学习大采高技术，推广至兄弟单位使用新技术，公司特组织专业技术人员多次外出学习参观。本文以寺河矿6301大采高工作面为工程研究对象，分别在工作面上、中、下三个区域布设监测液压支架，供掌握寺河矿大采高工作面初采时的矿压规律之用。监测显示，6301采面初采时基本顶初步来压步间距约为25米，循环来压步间距约为16.2米；采面所有水力支承平均初撑力4605千牛，额定初撑力58.2%；液压支座在基础顶置初压时最大负载不超过11000KN。

关键词

大采高；初采；矿压监测；来压步距

正文

1 工程概况

寺河矿东六盘区6301采面平均煤层厚5.72米，煤层平均倾角6°，煤层高6.0米，采用一次采全高方式，对3#煤层进行了采面切割。工作面倾斜长度为295.9 m，走向长度为1466.9 m。6301工作面顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况

顶底板名称	岩石名称	厚度/m	岩性特征	物理性质
基本顶	泥岩	2.0	浅灰至深灰色，岩芯呈块状及短柱状，贝壳状断口，含植物化石，上层多呈浅灰色，下部多呈深灰色	软弱～半坚硬岩类
直接顶	砂质泥岩	3.7	深灰、灰黑色砂质泥岩，夹煤纹及细粒砂岩条带，含不完整植物化石	软弱～半坚硬岩类
伪顶	炭质泥岩	0~0. 3	黑色，含植物化石，随采掘脱落	软弱～半坚硬岩类
直接底	泥岩	0.68	浅灰至深灰色，岩芯呈块状及短柱状，贝壳状断口，含植物化石，上层多呈浅灰色，下部多呈深灰色	软弱岩类
基本底	粉砂岩	0.8	灰白色，胶结物为钙质，以韵律层理为主	半坚硬岩类

2 工作面矿压监测

2.1 监测布置方案

将6301工作面划分为上、中、下三个监测区域，共计布置17个测点^[1-2]，监测点布置示意图如图1所示。

图1 6301工作面监测点布置示意图

2.2 支架阻力

（1）支架初撑力

表2 初撑力统计表

位置	支架	初撑力/kN				占额定比例	总均值/kN；占额定/%
位置	支架	最大	最小	均值	小平均
上部	5^#	8871	547	3856	3847	48.7%	4605 kN 58.2%
	15^#	5926	1076	2990		37.8%
	25^#	8907	1041	5376		67.9%
	35^#	8359	1023	3166		39.9%
中部	45^#	10546	1587	6648	4816	83.9%
	55^#	10529	1340	5904		74.6%
	65^#	9983	1199	5517		69.7%
	75^#	10164	864	5225		65.9%
	85^#	8378	653	2583		32.6%
	95^#	9542	1041	4311		54.5%
	105^#	9029	1041	4745		59.9%
	115^#	7910	529	2629		33.2%
	125^#	10529	1041	5781		73%
下部	135^#	9065	1023	4624	4889	58.4%
	145^#	9700	1005	5335		67.4%
	155^#	9789	1111	4985		62.9%
	165^#	9383	1041	4613		58.3%

从表2可以看出，平均3847kN的工作面上部液压支承初撑力为48.6%的额定初撑力；中置液压支承平均初撑力4816千牛，额定为60.1%；下部液压支承平均初撑力为4889千牛，额定为61.7%；采面全部液压支承平均初撑力为4605kN，额定初撑力为58.2%。

（2）支架末阻力

从表3可以看出，采面上部液压支承平均循环末阻力为5337千牛，中部液压支承平均为5496千牛，下部液压支承平均为5495千牛，整个采面液压支承平均为5443千牛。液压支架在工作面上、中、下三个部位的平均循环阻力没有明显的区别。从表3和图2的统计分析可以看出，工作面上的液压支承具有较大的循环末端阻力分布范围，总体上较为集中，在5000-9000KN之间分布了绝大多数的液压支承循环末端阻力。

表3 支架循环末阻力统计表

工作面位置	支架号	平均循环末阻力值/kN	平均/kN	总平均/kN
工作面机头	5#	5243	5210	6013
	15#	4338
	25#	6603
	35#	4657
工作面中部	45#	8484	6212
	55#	7284
	65#	6866
	75#	6260
	85#	3249
	95#	5643
	105#	6189
	115#	3908
	125#	8024
工作面机尾	135#	6139	6369
	145#	7263
	155#	6691
	165#	5385

图2 工作面倾向方向支架平均末阻力曲线

（3）支架左右柱受力

表4 支架左右柱受力统计表

架号		左柱	右柱	差额百分比/%	均值/%	总均值/%
上部	5#	1924	1687	12.3	59.2	42.7
	15#	346	2600	86.7
	25#	4217	866	79.4
	35#	985	2363	58.3
中部	45#	2614	4253	38.5	40.2
	55#	2455	3675	33.2
	65#	2763	2479	10.3
	75#	2666	2497	6.1
	83#	326	1221	73.3
	95#	1394	2939	52.6
	105#	2377	1241	47.8
	115#	2572	174	93.2
	125#	3206	3429	6.5
下部	135#	2231	1996	10.5	31.8
	145#	3439	2628	23.6
	155#	2858	2113	26.1
	165#	2849	947	66.8

由表4统计数据可知，工作面上部液压支架左右柱差值为59.2%；下部液压支架左右柱差值为31.8%；中部液压支架左右柱差值为40.2%；整个工作面液压支架左右柱压力差值平均为42.7%。

工作面液压支架左右柱整体受力不均衡，除5#、65#、75#、125#、135#受力较均衡外，其余液压支架左右柱出现显著的受力不均现象，差额百分比最大达到93.2%，分析原因主要是由于顶底板不平，致使液压支架处于偏心受载^[3-4]。

从表4统计看，工作业面上液压支承左柱与右柱相差59.2%；下部液压支座与左右立柱差值为31.8%；中置液压支承左右柱相差40.2%；全工作业面液压支承压力差值平均为左立柱和右立柱的42.7%。

工作面液压支架左、右柱受力总体不均衡，除5#、65#、75#、125#、135#受力相对均衡外，其余液压支架左、右柱受力不均现象显著，最大相差百分比达93.2%，分析原因主要是由于顶板与底板不平，造成偏心负荷时液压支架受力受力受力不均[3-4]。

3 来压分析判定

表5 工作面基本顶初次来压参数统计

支架	来压判定载荷/kN	动载系数	持续时间/h	来压步距/m
5#	7516	1.43	50.3	24.5
15#	5448	1.26	18.5	33.3
25#	8927	1.35	32.2	32.5
35#	6335	1.36	14.1	23.7
45#	10883	1.28	12.1	30.8
55#	9241	1.27	15.1	29.5
65#	8855	1.29	11	33.6
75#	9055	1.45	12.5	35
85#	5108	1.57	39.2	30.4
95#	7527	1.33	24	25.1
105#	7988	1.29	11.9	22.2
115#	5485	1.40	20.9	19.5
125#	10293	1.28	13.8	35.4
135#	8607	1.40	33.9	25.8
145#	9011	1.24	17.3	22.5
155#	9079	1.36	31.3	25.9
165#	7496	1.39	50	28.9

6301工作面自2020年3月17日开始回采，3月21日基本顶初次来压，来压步距约25 m左右，来压明显；6301工作面基本顶初次来压持续时间中部最短为11 h，上部次之为14.1 h，下部时间最长为17.3 h。6301工作面基本顶初次来压期间，液压支架最大载荷未超过11000 kN。

经过对这17个压力子站的工作阻力曲线的数据统计和加工分析，我们知道，6301工作面上部的老顶来压步距离的极小值为10米，极大值为25米，平均值为17.1米；6301作业面中间的老顶来压步距离极小值11米，极大值25米，平均值16.2米；6301工作业面下部老顶最小压步距离12米，最大压步距离19米，平均压步距离15.4米；6301的压步距离平均值为16.2米，在整个作业面上为一个老顶周期。

4 结论

(1) 6301整个工作面全部液压支架初撑力平均为4605 kN，为额定初撑力的58.2%；整个工作面全部液压支架平均循环末阻力为5443 kN；整个工作面全部液压支架左右柱压力差值平均为42.7%。

(2) 6301初采期整个工作面基本顶初次来压步距约为25 m，周期来压步距平均约为16.2 m。

参考文献

[1]郭恩超.寺河矿综采工作面初采瓦斯不稳定涌出治理实践[J].煤矿现代化,2020(03):95-97.

[2]刘剑,鲁建国.苏家沟煤矿浅埋深厚煤层综采工作面矿压规律研究[J].内蒙古煤炭经济,2016(Z1):144-145.

[3]张亮,赵铁林,郭英杰,李军.煤层群开采下部煤层回采工作面矿压显现规律分析[J].煤炭技术,2018,37(10):81-83.

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