大采高综采面矿压显现及煤壁片帮规律研究

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　　摘要：对6045大采高综采工作面的矿压显现规律进行了实测分析，并对矿压显现与煤壁片帮之间作用关系进行了研究。结果表明，煤壁片帮受到回采面来压影响较为明显，应在回采面来压期间采取有针对性的措施，降低煤壁发生率及影响程度，降低对回采工作的影响。
　　关键词：大采高工作面;矿压显现;煤壁片帮
　　1 工程概况
　　山西某矿6045大采高综采工作面位于矿井井田西北部位置，西边以及北边均为矿井井田边界，东部为采区集中运输巷跟轨道巷，东部位原回采面采空区，开采的6号煤层厚度在4.56～4.98m之间，煤层的平均厚度在4.7m，煤层顶板为厚度在3m的砂质泥岩、泥岩，直接顶为厚度在15m的细砂岩，煤层底板为厚度在5m的粉砂岩、泥岩。6045回采工作面采用综采一次采全高开采工艺，全部垮落法对顶板进行管理，设计的回采面走向长度为2450m，倾斜长度为220m，回采面的有效推进长度在2340m，采煤机每刀进尺为800mm。
　　2 矿压观测分析
　　2.1 矿压观测点布置
　　为了对6045大采高综采面矿压显现规律进行掌握，在回采面液压支架中布置测力计，具体布置在在端头5#支架、15#支架、32#支架，中部的54#支架、64#支架、98#支架，端尾处的114#支架、130#支架以及148#支架。為了准确的及时全面的对液压支柱的压力变化情况进行监测，压力计每隔5min对压力值进行一次记录。
　　2.2 压矿压观测规律分析
　　2.2.1 压夜支架工作阻力情况
　　从现场液压支架监测数据可以知道，在回采工作面上液压支架的工作阻力变化呈现出中间大，两端小的趋势，也就是说再回采面的端头液压支架工作阻力较小，在中部位置液压支架的工作阻力较大。
　　根据回采面液压支架工作阻力变化情况，回采面的直接顶初次垮落间距在13m左右，6号煤层的直接顶来压步距距离回采面机头部位较远，与机尾位置较近。回采面初次来压步距在35m左右，初次来压期间，回采面的并不是全部来压，而是从机尾位置先来压最后逐步扩散到机头位置。回采面液压支架的动载系数在1.12～2.39 之间，平均在1.77。
　　回采面采用的液压支架的型号为ZY9000/25.555D2，支架的额定工作阻力在9000kN，回采期间回采面液压支架的平均工作阻力值在4930kN，为额定工作阻力值的54.5%，来压期间的最大工作阻力在9510kN，为额定工作阻力值的105.6%，最小工作阻力为2500kN，为额定工作
　　阻力值的27.8%，在回采面的进风巷端头位置、中部以及回风巷端尾位置处液压支架的平均工作阻力为额定工作阻力值的47.8%、58.8%、42.5%。
　　2.2.2 液压支架初撑力分析
　　在6045回采面液压支架设计采用的初撑力在6450kN，通过现场测量，测量结果如表1所示。从表中可以看出，液压支架的初撑力平均值在在端头处为3102kN，在中部位置为3450kN，支架的初撑力均小于设计的采用初撑力6450kN，由于可以看出，回采面液压支架在实际工作过程中初撑力值较低，对煤层顶板的支撑作用不明显。
　　2.2.3 液压支架活柱下缩量变化
　　通过对液压支架活柱下缩量变化测量分析可以知道，在整个回采工作面上，回采面的上部位置上（回风巷侧）活柱的下缩量值较小，支架能对煤层上部岩层进行有效支撑，在回采面下部位置（进风巷）活柱出现5mm以下的变形量数据为所有支柱的63%，5～10mm之间的液压支架活柱占比为15%，在10～15mm之间的液压支架活柱占比为17%，其余变化长度占比在5%。对回采面液压支柱下缩量统计中，活柱的最小变形量值为0mm，最大变形量值在51mm，平均变形量值为6.3mm。
　　2.2.4 超前支撑压力分析
　　采用锚杆测力计对回采面前方超前支撑压力变化情况进行测量，根据应力变化情况对支撑压力影响范围进行划分。
　　2.2.4.1 进风巷矿压观测分析
　　从数据中可以看出，随着回采面的推进，进风巷受到采动影响较为明显，超前支承压力的影响范围为：回采面前方48～52m之内受到采动影响，平均为50m;在回采面前方26～30m内受到采动的影响较为明显，平均距离为28m;回采引起的超前支承压力峰值位置在6～12m之间，平均为9m。
　　2.2.4.2回风巷观测数据分析
　　对工作面回采期间回风巷矿压显现情况进行统计分析，从统计数据可以看出，随着回采工作的推进，回风巷受到回采面采动影响较为明显。采动超前影响的平均范围在61m，影响较为明显的区域在29m，超前支承压力峰值在8m左右。巷道变形观测分析在回采期间对巷道周边围岩变形量数据进行分析，测量数据表明，回采巷道的顶板最大变形量在158mm，平均变形量值在45mm;底板的最大变形量值为130mm，平均变形量值为32mm;巷道两帮变形量最大值在88mm，平均为24mm。巷道变形量主要是巷道顶板下沉，底板底鼓为主。
　　3 煤壁稳定性分析
　　通过在回采工作面现场观测可以得知，在工作面正常推进过程中（非来压期间）回采面煤壁片帮发生率以及片帮深度均较小，随着回采面推进长度的不断增加，顶板出现来压，回采面煤壁片帮程度增加。随着回采面推进的长度的不断增加，煤壁片帮发生率及严重程度呈现出周期性的分布规律。特别是在回采面来压期间，煤壁片帮的发生率以及片帮的深部均较大，特别是位于回采面中部位置。具体的统计数据如表2所示。
　　在回采面正常推进期间，回采面来压期间发生片帮的频率超过50%，非来压期间的回采面煤壁皮片帮率在13%。来压时片帮的发生率以及发生程度均增加比较严重，片帮深度在1m以上时片帮发生率在31.7%，宽度在2～4m时片帮发生率在67%，宽度在4m以上时片帮的发生率在32.5%;来压期间，高度在1～2m时片帮发生率在95%，2m以上时片帮发生率在51.6%。综合分析，可以看出，来压期间的片帮发生程度以及片帮的发生率均大幅高于非来压期间。因此，可以说明回采面来压时引起回采面煤壁片帮的影响因素之一。
　　4 总结
　　通过对6045大采高综采工作面矿压显现观测得出，回采面的初次来压步距平均在35m左右，周期来压步距在18m，来压的动载系数在1.12～2.39，平均在1.77。回采面中部矿压显现较为明显。回采面煤壁片帮受到周期来压影响较为明显，在回采面来压期间应采取加大支架支撑阻力，增加回采推进速度，或者对前方煤体进行加固等措施，来尽量减少煤壁片帮的发生率，减少对回采造成的影响。
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