霄云煤矿1310 孤岛工作面初采矿压监测分析

侯明明 储丹东 陈璋林

（济宁矿业集团有限公司霄云煤矿，山东 济宁 272213）

1 工程概况

1310 孤岛工作面位于-790 m 水平，一采区东翼，工作面走向长745 m，倾斜长度211 m。1310 孤岛工作面两侧分别为1308 和1312 老空区，该工作面与邻近采掘工程的相对位置关系如图1。

图1 1310 工作面布置图

1310 工作面主采3 煤，平均厚度3.2 m，平均倾角15°。煤质以亮煤为主，夹暗煤及丝炭条带，属半光亮～半暗型煤。工作面直接顶和老顶分别为2.7 m 和10.9 m 厚的细砂岩，直接底为0.5 m 厚的泥岩。1310 工作面顶、底板岩性情况见表1。

表1 1310 工作面顶、底板岩性情况统计表

通过对1310 工作面初采期间的矿压分布特征进行监测与分析，有助于提前估计工作面矿压和支架支承阻力、确保支架的支承能力并及时发现煤矿存在的安全隐患，为进一步采取加强监测、解危和加强防护等提供依据[1-6]，对保障煤矿安全化、科学化、高效化生产具有重要意义。

2 1310 孤岛工作面液压支架阻力分析

采用YHY60W（A）本安型应力计对采场支架工况进行在线连续监测，同时利用配套数据处理软件进行统计分析及备份。根据1310 工作面长度，共安装151 架液压支架，自皮带顺槽至轨道顺槽依次编号。每逢支架尾号为1 布置1 台应力计，即1#、11#、21#……141#、151#，共计16 台。同时不定期地进行人工抽测、记录重点测站处支架的工况。

2.1 支架工作阻力分析

液压支架阻力统计如图2，其中51#、111#、151#架数据中途断线。液压支架来压临界值在沿支架排列方向上呈现出较明显的马鞍形，与采场侧向支承压力的分布特征具有一致性。各支架来压时长比在数值上不一致，介于20.21%～39.69%，说明采场各位置顶板运动不同步。

图2 各支架阻力来压临界值分布趋势

以61#～81#液压支架为代表，工作面中部来压时长比相对较大，而该区间来压临界值较小，说明此区间顶板运动连续性和规律性较强。各支架循环末阻力和来压次数近似负相关，即末阻力越高，来压次数越少。

2.2 顶板运动的分区性

沿工作面方向支架压力最大值与平均值分布规律为中间与两端稍低，大体呈“马鞍形”，如图3。在轨道顺槽（151#架）侧，支架压力整体较高的区域为121#～141#架，对应范围约15～45 m。在胶带顺槽（1#架）侧，支架压力较高的区域为11#～41#架，对应范围约15～60 m。

图3 液压支架1 日平均阻力（沿倾向）

部分支架支撑力较高，达4500～5500 kN，包括41#架、91#架、131#架、141#架，在工作面整体位置上处于中上部区间。对应工作面下部、中部和上部共三个分布区间，由此可将顶板运动划分为以此架为中心的三个区域，如图4。下部区域：以41#架为中心，11#～61#架，区间长度约75 m；中部区域：以91#架为中心，61#～111#架，区间长度约75 m；上部区域：以131#架为中心，111#～141#架，区间长度约45 m。进一步推测，1312 采空区侧向支承压力在本工作面的影响范围约31.5～45 m，1308 采空区侧向支承压力在本工作面的影响范围约60 m。

图4 1310 工作面顶板运动区间划分（m）

1310 工作面回采过程中两侧为低应力区，其中以1#支架为代表，由于工作面采取了超前切顶卸压措施，工作面下巷侧支架压力较小。由数次现场考察发现，151#及附近支架数据在20 MPa 左右，即工作面上端头压力较低。

由图3～图4 得出，沿倾斜方向工作面中下部（靠近机尾头）先来压，后逐渐向上部转移，最终发展为整个工作面来压。

整体来看，在工作面来压期间，工作面中部压力要高于工作面两端头处，工作面中上部液压支架在来压期间均呈现较高压力状态，趋势上下略有起伏；沿工作面推进方向，支架压力呈逐渐稳定趋势。

3 超前支承压力规律分析

受工作面采动影响，超前支承压力测区内应力计读数随之发生变化，分析其应力变化可以得出超前支承压力分布规律，确定其高峰压力影响范围，为超前加强支护提供依据。

3.1 轨顺单元支架压力分析

图5 为1310 轨道顺槽内单元支架压力随工作面推进的变化趋势。

图5 1310 轨道顺槽单元支架压力分布

结合单元支架与工作面煤壁的相对位置可得：

1）单元支架卸压阈值为40.9 MPa，随着时间后移，单个单元支架到工作面的距离越来越近，支架压力逐渐增大和达到卸压阈值，进而出现卸压现象。距离工作面远端较早出现卸压现象的位置为超前支承压力影响范围的外边界，约100 m。

2）工作面轨顺侧超前卸压区的范围为回采煤壁至超前6～10 m，该卸压状态受工作面采煤和切顶的综合影响。工作面超前10～60 m 范围内单元支架压力基本达到卸压阈值，判定为超前支承压力剧烈影响区。超前60～95 m 范围内单元支架距离工作面越近，支架压力越大，判定为超前支承压力影响区。超前95～130 m 范围内单元支架压力整体较低且变化趋势和幅度较小，判定为无影响区。

3）在两个时间段内工作面超前支承压力的影响范围和剧烈程度有所变化。第二阶段自7 月19日以来，工作面基本达到并保持快速、匀速推进，其在单元支架数据上的展现为影响区间和变动频率较之前显著增大。

3.2 皮顺单元支架压力分析

图6 为1310 胶带顺槽内单元支架压力随工作面推进的变化趋势。结合单元支架与工作面煤壁的相对位置，可以得到如下信息：

图6 1310 胶带顺槽超前支承压力分布

1）个别支架右柱压力接近0 值，按无效数据处理，同时进行实地校核。

2）工作面皮顺侧超前范围内无明显卸压区；超前65 m 为支承压力剧烈影响区；超前65～105 m为影响区；超前105～125 m 为无影响区。

3）1310 工作面胶带顺槽多架单元支架压力表现出较大变化趋势，认为和工作面周期来压相关。

4 结论

通过对1310 孤岛综采面初采过程中现场矿压监测及后续系统整理与分析工作，摸索出了该类条件下的基本初采矿压规律，获得以下结论：

1）1310 老顶初次来压步距约40～46 m，工作面来压具有分段（区）性。沿倾斜方向工作面中下部（靠近机尾头）先来压，后逐渐向上部转移，最终发展为整个工作面来压。来压期间，工作面中部压力要高于两端头处，工作面中上部液压支架在来压期间均呈现较高压力状态，趋势上下略有起伏；沿工作面推进方向，支架压力呈逐渐稳定趋势。

2）从采场支架工作阻力利用程度来看，目前1310 孤岛综采面ZY8000/20/42D 型掩护式液压支架能满足顶板控制要求，并有一定的富余量。为确保1310 面后续开采及安全生产，加强支架对工作面地质条件变化的适应性，建议类似煤层赋存条件的工作面支架选型时，其额定工作阻力保持同一等级。

3）工作面超前6～10 m 的范围为卸压区，超前10～60 m 范围为支承压力剧烈影响区，超前60～95 m 范围为影响区，超前95～130 m 为无影响区。