N下段綜采工作面礦壓觀測分析

1、7403N下段綜采工作面礦壓觀測分析南桐礦業(yè)公司南桐煤礦通過7403N下段綜采工作面礦壓觀測，掌握了該工作面煤層頂板初次來壓和周期來壓步距、工作面支架支護(hù)強(qiáng)度、圍巖破壞活動(dòng)過程煤壁中應(yīng)力變化大小和應(yīng)力影響范圍。為工作面現(xiàn)場管理提供完善、準(zhǔn)確的資料，以直接指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐和解決回采過程中遇到的實(shí)際困難。一、觀測目的采煤工作面礦山壓力觀測就是定量研究開采過程中礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。為現(xiàn)場管理提供完善準(zhǔn)確的資料，指導(dǎo)工程實(shí)踐，解決施工生產(chǎn)問題，本次觀測有以下二個(gè)方面的目的：1、掌握采煤工作面頂板巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律；回采空間圍巖與支架相互作用關(guān)系；采動(dòng)引起的支承壓力分布；尋求搞好工作面頂板管理的有效措施。2、對正在使用

2、的支架適應(yīng)性進(jìn)行考察。即從頂板控制出發(fā)，對在既定條件下使用支架的架型、參數(shù)、特性和支護(hù)效果提出評定性意見。 二、工作面概況(一)工作面煤層產(chǎn)狀：該工作面位于烏龜山背斜東翼北翼井田，上部為7403N上段于2007年3月回采完畢，南鄰7403S下段于2010年6月回采完畢，其余的都尚未布置。綜采段平均走向長136m，目前已開采106m，剩余30m平均傾斜長187m。煤層厚度1.44.2m、走向345°、傾向75°、傾角3640°。（二）地表對應(yīng)位置 7403N下段工作地表對應(yīng)位置老鷹巖與楊柳井一帶，現(xiàn)開采至楊柳井一帶，工作面風(fēng)巷現(xiàn)在采場對應(yīng)地表蒲河直線距離144.6m

3、，蒲河地表地層為飛仙關(guān)六段（T1f6）頁巖，工作面嘉陵江一段（T1j1）至四段（T1j4）灰?guī)r。工作面井下開采標(biāo)高-296m-411m，對應(yīng)地表標(biāo)高+300+350m；面位于南桐煤礦北翼三采區(qū)，是公司首個(gè)大傾角中厚煤層綜采工作面，最大采深761m。（3） 工作面支護(hù)情況：工作面采用ZY4000/15/37Q 大傾角掩護(hù)式液壓支架支護(hù)（由大江廠設(shè)計(jì)山東礦機(jī)制造，初撐力31.5MPa、3096kN，工作阻力40.7MPa、4000kN，支架最低位置外形尺寸（長×寬×高） 5945×1380×1500，支撐高度15003700）支架共有113架；工作面刮板輸送

4、機(jī)選為SGZ-730/400型（運(yùn)輸能力：800t/h、鏈速： 1.1m/s），采煤機(jī)選型為MG250/630-AWD 型采煤機(jī)（牽引速度：05m/min），工作面上下端頭采用單體支柱配鉸接頂梁支護(hù)，上端頭傾斜長約2m，下端頭傾斜長約5.5m。（四）開采進(jìn)度：年份2015合計(jì)月份12345678推進(jìn)度671291585551578 2015年1月1日至今，工作面推進(jìn)度如下：三、工作面礦壓監(jiān)測方案（一）、目標(biāo)和任務(wù)7403N下段綜采工作面采用傾斜長壁全部垮落采煤法，利用雙滾筒采煤機(jī)割煤、工作面選為SGZ-730/400型刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，用全部垮落法放頂。為摸清7403N下段綜采工作面礦壓規(guī)律及所

5、選液壓支架的適應(yīng)性，需分析工作面頂板的活動(dòng)規(guī)律及礦壓顯現(xiàn)特征，同時(shí)對所選支架型號(hào)及其性能進(jìn)行深入分析，評價(jià)支架對工作面頂板運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性，為工作面頂板管理、支護(hù)強(qiáng)度的確定提供科學(xué)依據(jù)。因此，有必要對7403N下段綜采工作面回采期間的礦壓信息、支架工作阻力、受力狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并分析，同時(shí)進(jìn)一步對支架的適應(yīng)性和支護(hù)參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而得到反映頂板活動(dòng)規(guī)律和支架適應(yīng)性分析的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)和任務(wù)：（1）在7403N下段綜采工作面特定的生產(chǎn)技術(shù)和地質(zhì)條件下，掌握工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律，劃分采場頂板類別，分析支護(hù)參數(shù)和頂板管理措施的合理性。（2）分析工作面支架適應(yīng)性，通過對工作面回采期間

6、進(jìn)行礦壓監(jiān)測，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)并提出可行性建議，為判斷工作面支架支護(hù)質(zhì)量和改善支護(hù)效果提供科學(xué)依據(jù)。（3）通過7403N下段綜采工作面礦壓觀測，掌握了該工作面煤層頂板初次來壓和周期來壓步距、工作面支架支護(hù)強(qiáng)度、圍巖破壞活動(dòng)過程煤壁中應(yīng)力變化大小和應(yīng)力影響范圍。（二）、研究內(nèi)容(1) 掌握采場直接頂、基本頂來壓顯現(xiàn)特點(diǎn)、步距和強(qiáng)度，對工作面頂板分類；(2) 觀測直接頂懸頂和冒落特點(diǎn)，掌握頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定需控巖層范圍和參數(shù)；(3) 支架工作特性，工作阻力分布及支架適應(yīng)性分析；(4) 工作面礦壓規(guī)律對研制支護(hù)設(shè)備，合理安排工序，合理選擇采煤參數(shù)，進(jìn)行頂板控制設(shè)計(jì)的影響；(5) 評價(jià)ZY4000/15/

7、37Q掩護(hù)式大傾角液壓支架在7403N下段綜采工作面的適應(yīng)性，在總體研究支架結(jié)構(gòu)、承受載荷、左右兩柱受力偏差、工作阻力等指標(biāo)的前提下，進(jìn)一步分析其現(xiàn)場實(shí)際使用工況。（三）、礦壓監(jiān)測設(shè)備選擇7403N下段綜采工作面支架載荷監(jiān)測設(shè)備采用尤洛卡礦業(yè)安全股份有限公司生產(chǎn)的KJ216A煤礦頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是用于煤礦綜采支架工作阻力監(jiān)測實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)監(jiān)測技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和傳感器技術(shù)融為一體。實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下采場礦壓運(yùn)動(dòng)規(guī)律在線監(jiān)測，對可能的頂板災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。（四）、監(jiān)測設(shè)備的安裝7403N下段綜采工作面走向長度124150m，平均137m；工作面傾向長度183191m，平

8、均187m。工作面安裝113架，在7403N下段綜采工作面均布安裝15臺(tái)礦壓監(jiān)測設(shè)備，分別布置在工作面上部安裝5臺(tái)，工作面中部安裝5臺(tái)，工作面下部安裝5臺(tái)。對綜放支架初撐力、工作阻力進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。每個(gè)監(jiān)測分機(jī)上的三個(gè)壓力監(jiān)測通道為2個(gè)，分別安裝在支架前、后柱，以監(jiān)測它們的壓力變化情況。（五）、觀測要求為了分析工作面頂板運(yùn)動(dòng)參數(shù)，必須捕捉到采場頂板的初次來壓和多次周期來壓，掌握頂板來壓的宏觀規(guī)律，同時(shí)為支架適應(yīng)性評價(jià)、合理工作阻力確定等提供理論分析的實(shí)測基礎(chǔ)資料。為了對支架的初撐力，末阻力進(jìn)行觀測。每天要記錄工作面的推進(jìn)度以及主要的煤壁片幫、頂板冒落、支架傾斜、頂梁仰俯等宏觀礦壓顯現(xiàn)。分析整理數(shù)

9、據(jù)，得出當(dāng)天工作面推進(jìn)各循環(huán)的的初撐力，平均工作阻力，末阻力。為了充分掌握頂板的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從工作面開始試生產(chǎn)開始觀測，直到到工作面經(jīng)歷多次周期來壓至回采結(jié)束，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，掌握頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律。四、工作面礦壓顯現(xiàn)特征及頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律（一）、工作面頂板需控巖層工作面支架載荷是采煤造成的頂板運(yùn)動(dòng)的綜合反映，它包涵著豐富的頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律信息，通過對支架載荷的分析可以推斷需控制巖層的范圍，支架工作阻力的周期性變化反映了頂板的周期性斷裂和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。支架實(shí)際載荷和額定阻力的比較反映了支架對頂板運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)性。綜采工作面采場的需控巖層范圍主要包括直接頂和基本頂及其上部巖層運(yùn)動(dòng)的作用影響范圍。（二）、工

10、作面支架工作阻力的確定1、計(jì)算支護(hù)強(qiáng)度Pt=9.81HRK =9.81×3.5×2.5×5 =429.186(KN/m2)式中：Pt：工作面合理的支護(hù)強(qiáng)度(KN/m2)H：采高(3.5m)R：直接頂巖石視密度，一般可取2.5t/m3K：直接頂厚度和采高之比，一般取48。（取5倍）2、參考表4-1和ZY4000/15/37Q掩護(hù)式大傾角液壓支架支術(shù)參數(shù)，選用ZY4000/15/37Q掩護(hù)式大傾角液壓支架能滿足頂板所需強(qiáng)度。3、工作面安裝和上下端頭支護(hù)情況根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件。工作面共安架113架，上、下端頭選用DZ18002800-300/100型單體液壓支柱配B-80

11、0型鉸接頂梁支護(hù)沿走向托頂齊梁正懸臂支護(hù)，有效的支護(hù)工作面頂板。從運(yùn)輸巷到軌道巷依次編號(hào)為1113號(hào)支架。表4-1 預(yù)計(jì)工作面礦壓參數(shù)參考表序號(hào)項(xiàng) 目單位同煤層實(shí)測本面選取或預(yù)計(jì)1頂?shù)装鍡l件老頂厚度m7.29.0直接頂厚度m1.10.5直接底厚度m0.20.30.152直接頂初次垮落步距m23233初次來壓來壓步距m10121012最大平均支護(hù)強(qiáng)度KN/m2595600最大平均頂?shù)装逡平縨m來壓顯現(xiàn)程度明顯明顯4周期來壓來壓步距m610610最大平均支護(hù)強(qiáng)度T/m217211721最大平均頂?shù)装逡平縨m來壓顯現(xiàn)程度明顯明顯5平時(shí)最大平均支護(hù)強(qiáng)度T/m214651465最大平均頂?shù)装逡平縨

12、m60606直接頂懸頂情況m能隨回柱冒落能隨回柱冒落7底板容許比壓MPa27.927.98直接頂類型類229基本頂級別級一級一級10巷道超前影響范圍m202011最大控頂距m4640464012最小控頂距m4040404013放頂步距m0.60.6（三）、工作面支架荷載監(jiān)測分析該工作面在開采過程中，由于受地質(zhì)條件的影響，多次出現(xiàn)工作面片幫和冒頂，推進(jìn)緩慢，從礦壓在線監(jiān)測形成到8月止，工作面共進(jìn)78m左右，根據(jù)回采情況，選擇4月、5月來分析該工作面周期來壓的步距和強(qiáng)度，其中4月至5月底,工作面共推24m，現(xiàn)將其觀測資料整理分析如下。根據(jù)綜采支架壓力計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)所記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出在工作面4月5月推

13、進(jìn)期間部分支架的壓力變化曲線，如圖4-14-7。圖4-1 1#測站壓力變化曲線圖4-2 3#測站壓力變化曲線圖4-3 5#測站壓力變化曲線圖4-4 7#測站壓力變化曲線圖4-5 9#測站壓力變化曲線圖4-6 11#測站壓力變化曲線圖4-7 13#測站壓力變化曲線4-2 實(shí)測直接頂、基本頂運(yùn)動(dòng)參數(shù)次數(shù)序號(hào)周期來壓步距（m）121#9133#9105#1087#1189#101211#8813#129平均9.99.79.8由圖4-1至圖4-7的支架平均壓力隨工作面推進(jìn)距離的變化曲線，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際觀測中宏觀礦壓顯現(xiàn)，對1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#測站對應(yīng)支架工作阻力變化曲線分析，。根

14、據(jù)表4-2統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算表可知，工作面基本頂周期來壓步距平均為9.8m，最大約為13m。（2）基本頂來壓強(qiáng)度基本頂周期來壓期間，支架壓力較大，且支架壓力呈現(xiàn)周期性增加和減小的變化，具體基本頂來壓期間支架的壓力數(shù)值如表4-3所示。根據(jù)表4-3基本頂來壓期間強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)分析，可知，基本頂來壓期間工作面來壓強(qiáng)度2845MPa，平均為37.2MPa。表4-3基本頂周期來壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算表來壓次數(shù)基本頂來壓強(qiáng)度/MPa1357911131次423546323645322次37444037293828平均值39.539.54334.532.541.530基本頂周期來壓強(qiáng)度37.2五、頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析通過分析

15、支架每循環(huán)壓力曲線變化特征來分析支架工作狀態(tài)。支架工作狀態(tài)是采場上覆巖層的運(yùn)動(dòng)變化情況的直接反映，因此通過支架壓力的變化能夠準(zhǔn)確判斷出采場上覆巖層的運(yùn)動(dòng)變化情況。由于巖層具有相對穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過程和顯著運(yùn)動(dòng)過程兩個(gè)階段。在相對穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)過程中，巖梁的運(yùn)動(dòng)幅度小，對采場礦壓的影響不明顯，支架上的壓力顯現(xiàn)也就不明顯。而在巖梁顯著運(yùn)動(dòng)過程中，巖梁的運(yùn)動(dòng)幅度較大，對采場礦壓顯現(xiàn)影響極為明顯，相應(yīng)的支架上的壓力顯現(xiàn)就明顯。巖梁經(jīng)過一次相對穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和顯著運(yùn)動(dòng)的全過程后，就完成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。隨采場推進(jìn)，基本頂巖梁來壓時(shí)巖梁離層、下沉、斷裂，采高大時(shí)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，采場的壓力也隨之呈現(xiàn)周期性的變化，在支架的壓力顯現(xiàn)上也會(huì)

16、具有一定的周期規(guī)律性。支架在支撐上覆巖梁的支護(hù)循環(huán)過程中有初撐和工作兩個(gè)階段。初撐階段，支架的初撐力比較小，隨頂板的下沉支架阻力開始上升并達(dá)到工作階段。當(dāng)頂板壓力超過一定值后，支架阻力在額定工作阻力值附近上下波動(dòng)。（1）當(dāng)頂板壓力較小，支架達(dá)到初撐后，支護(hù)循環(huán)內(nèi)沒有達(dá)到工作阻力。即支架一直在初撐階段工作，直到下次移架。在此過程中，頂板處于最穩(wěn)定的狀態(tài)，基本頂巖梁尚未達(dá)到極限垮落步距。（2）支架初撐時(shí)間較長，初撐階段壓力曲線平緩上升，循環(huán)末阻力值低于支架的額定工作阻力值。此時(shí)，基本頂處于相對穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有少量緩慢下沉，但未斷裂回轉(zhuǎn)。巖梁處于來壓前夕的相對穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（3）支架從初撐階段極短

17、時(shí)間內(nèi)即達(dá)到額定工作阻力狀態(tài)，并且在額定工作阻力值區(qū)域穩(wěn)定震蕩。此時(shí)，頂板不穩(wěn)定，基本頂巖梁處于顯著運(yùn)動(dòng)階段，即來壓階段。（4）采空區(qū)內(nèi)基本頂隨著懸頂面積的增大，當(dāng)達(dá)到極限懸頂狀態(tài)時(shí)將出現(xiàn)急劇下沉和斷裂，即頂板來壓，隨頂板斷裂垮落來壓結(jié)束而充分冒落。這種狀態(tài)周而復(fù)始，即為基本頂?shù)闹芷谛詠韷?。六、工作面支架工作狀態(tài)分析（一）、支護(hù)強(qiáng)度分析在整個(gè)開采周期內(nèi)，監(jiān)測系統(tǒng)都對工作面循環(huán)工作阻力及支架荷載及其支護(hù)頻度區(qū)間進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，分析了工作面初撐力、末阻力、加權(quán)工作阻力及其合理均值的選擇。 南桐煤礦綜采監(jiān)測日報(bào)表工作面名稱:7403N下段綜采工作面 認(rèn)證編號(hào): 回采進(jìn)尺范圍：292.0m-314

18、.2m 監(jiān)測日期:2015-04-02 00:00至05-31 23:59監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表(單位MPa)：工作面工作阻力統(tǒng)計(jì)整面上部中部下部最大最小最大最小最大最小最大最小平均平均平均平均44.42.542.6 2.5 44.4 2.5 41.4 2.5 16.3 20.3 13.7 13.9 壓力分機(jī)編號(hào)對應(yīng)支架編號(hào)安裝位置工作阻力初撐力末阻力第三通道不使用最大平均最小平均最大平均最大平均1111上部3821.73.513.73820.7-2105上部3520.82.516.13521.3-399上部31.219.74.615.531.219-492上部34.718.5315.434.718.

19、7-585上部42.620.73.315.542.622.7-677中部24.812.32.511.823.614.3-770中部30.410.12.68.722.310.8-863中部44.417.84.114.144.118.1-956中部44.911.82.68.420.913.2-1049中部26.315.93.312.724.816.1-1140下部34.915.8313.734.819-1232下部34.613.92.812.934.615.1-1325下部42.412.83.212.523.116-1417下部41.415.33.31341.318.5-158下部24.48.2

20、2.6 16.32417.2 -圖6-1 綜采工作阻力數(shù)據(jù)監(jiān)測報(bào)表從2015年4月2日至5月31日綜采監(jiān)測報(bào)表數(shù)據(jù)中看出，整面支架工作阻力平均值為16.3MPa，但由于整面支架頂板接觸不平整，造成絕大多數(shù)為單柱受力，因此選擇單柱最大工作阻力為該工作面平均工作陰力，其平均工作陰力為 30.3MPa，最大工作阻力44.4MPa。表6-1支護(hù)工作阻力及合理支護(hù)強(qiáng)度壓力分站編號(hào)工作阻力P/MPa來壓判據(jù)/P+合理支護(hù)強(qiáng)度/P+2138445133136415425058722264092025291135414813242932平均值30.335.741.3根據(jù)KJ216監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算可知，7403N下段綜放工作面平均工作阻力30.3MPa，來壓時(shí)的強(qiáng)度為35.7MPa，合理的支