12103综采面顶板运动规律实测与分析

赵 剑

（山西忻州神达金山煤业有限公司，山西 忻州 719400）

12号煤层位于山西组中下部，煤厚1.09～2.76m，平均2.2m，煤层倾角7°～9°。12103工作面位于121采区，工作面东部为12104运输顺槽，西部为井田边界，南部为12#煤辅运下山，北部为矿井边界。12103综采工作面长度146m，走向长度617m，选用ZY5600/16/32型掩护式液压支架，共102架。为分析12103综采面顶板活动及支架荷载分布规律，在工作面设置矿压观测站，进行矿压实测，为顶板管理提供支持。

1 矿压观测方案

1.1 矿压观测内容与实施步骤

矿压观测内容：（1）液压支架前后立柱工作参数，包括工作阻力、初撑力等；（2）液压支架几何位态，包括运输机走向角、立柱走向角、顶梁台阶、立柱倾向角、采高等；（3）液压支架失效情况，包括机械原件损坏、系统失效与故障部位等；（4）顶板动态与煤体片帮，包括冒顶范围、片帮深度、片帮范围、端面距、冒高等。

根据提取数据及矿压记录，对工作面顶板活动规律、来压特征、工作面支架受力特点、工作面支护质量等进行定期分析。采用开发的监控软件进行处理，包括日常输入和计算整理数据，并通过计算得到工作面宏观动态事故隐患图与监控日报，对数据库数据进行分析处理，结合12103工作面综合资料，得到“液压支架压力-时间图”、“支架失效监测专题报告”、“工作面支架压力分布图”等，最终提出“支架-围岩”处理措施。

1.2 测站布置

12103 工作面安装KJ693煤矿顶板矿压在线监测系统，根据综采面液压支架布置情况，每隔10架安装一台压力传感器。在工作面和运输、回风顺槽中共布置以下两种矿压观测区：

（1）工作面支架工作阻力测区：布置11台GPD60W矿用本安型无线顶板压力传感器，分别在10、20、30、40、50、60、71、81、91、101号液压支架安装。

（2）顶板离层测区：在工作面两顺槽每隔50m处设观测站，分别在顶板安装顶板离层指示仪，检测顶板离层量。

1.3 矿压现场观测方法

矿压观测组技术员每天负责对工作面超前支护20m范围内单体支柱进行初撑力抽查，初撑力不低于90kN(Φ100mm单体支柱≥11.4MPa)。对工作面综采支架进行初撑力抽查，初撑力不低于规定值31.5MPa的80%（≥24MPa），泵站压力不得低于31.5MPa，乳化液配比浓度达3%～5%。

工作面动态观测：自下巷始，10架一组，用测尺观测顶板动态与片帮情况，测每组片帮、冒顶参数，至上巷止；顶板离层仪初次安装观测时间为前7d每天观测一次，7d后每2d观测一次；支架观测：7～15d观测组技术员采用人工观测的方法逐架检测支架失效情况，用坡度规和测尺观测支架几何位态。定期采集工作面矿压数据，监控计算机矿压观测系统，根据矿压数据，及时对工作面进行来压预报，以便及时采取针对性措施。

2 矿压观测与分析

首采面布置11条测线，进行为期40d的现场观测，数据分析与总结如下。

2.1 首采面宏观观测分析

（1）梁端距观测数据分析

前半个月观测液压支架梁端距≥340mm的平均比例为29.6%，之后梁端距≥340mm的情况较少出现。为期40d的现场观察统计中，液压支架梁端距≥300mm的平均比例约为52.7%。整体观测分析来看，早期梁端距控制效果不好，中后期则表现出较好的控制效果。因此来压时要严格按支架操作的基本要求操作，组织快速推进，液压支架梁端距不应大于340mm，应采用“带压移架法”及时拉架。

（2）端面距观测分析

整个观察期间，液压支架端面距≥340mm的情况时有出现，每次观测时端面距≥300m的支架比例为13.5%～49.6%，端面距≥340mm的支架平均比例为27.5%。由此可见，在整个观察期，支架顶梁接顶效果不理想。

（3）工作面来压前后基本情况

在现场观测初期，12103工作面没有片帮与冒顶现象发生，但随着综采面的不断推进，顶板压力越来越大，顶板冒顶、支架穿底与漏液、支架间两台阶等情况也有发生，表明基本顶来压可能性越来越大，需要采取相应措施。

2.2 支架工作状态分析

102 架液压支架，每10架安装一个压力传感器于支架上下侧立柱，首采面投产后观测组技术员每日三测，读取压力数值，并进行记录。从整个观测期间的统计结果来看，同一液压支架立柱工作压力差值较大，初撑力与工作阻力较低。初次来压时，液压支架立柱的平均工作压力差值较小。整个实测周期内，液压支架立柱初撑力达到额定工作压力的80%（24MPa）时的比例不足25%，初撑力达到额定工作压力的60%（18MPa）时的比例则仅占60%左右，高达3.5%的立柱工作压力为0。说明12103综采面液压支架的工作阻力与初撑力利用率不高，需加强管理，此外还需确保支柱初撑力达到设计要求，进行必要的改进。

2.3 综采面矿压显现规律

为期40d的现场观测，共观测了6次周期来压，工作面来压具体状况的数据统计如表1所示。

表1 12103工作面周期来压状况统计结果

从12101综采面的曲面图进行周期来压分析可知，周期来压步距为25～40m，平均35m，推断12103综采工作面来压周期稳定，周期来压步距为25～40m，平均35m。从实测数据来看，首次大面积垮落期间工作面支架基本稳定，强度与以后发生的周期来压相当，来压步距较大是因为工作面推进中强制放顶造成基本顶发生断裂，初次垮落步距相当于两次周期来压的步距，因此在计算平均值时，以后五次的来压步距为参考数据。由实测可知，12103综采面周期来压步距为25.7～39.9m，平均34.5m，这与推断的数据结果比较接近。

3 结论

（1）经过实测，12103综采面的周期来压步距为25.7～39.9m，平均34.5m，这与12101工作面的推断结果比较接近，说明推断结果基本吻合实测。

（2）第一次周期来压当工作面推进到离切眼30m时强制放顶，能够减轻初次来压影响。

（3）周期来压期间，出现严重片帮和冒顶现象，且淋水大，影响生产，整体上无支架推倒与压垮现象，但支架工作状态不理想，没有充分发挥其功能，因此需要对支架参数进行调整，在周期来压将来临时，做好支护工作与顶板控制管理工作。