单体支柱工作面矿压观测

【摘 要】 支柱工作阻力是反映工作面支护性能和支护效果的重要指标，工作阻力分析主要讨论支护阻力的大小及分布规律，以及影响支柱阻力的主要因素等。对于工作面安全高效的生产具有积极的意义。

【关键词】 工作面 支柱 比压 1 工作面概况

矿井11041工作面位于11采区北翼，南起轨道上山煤柱，北至切眼，上部为11021工作面，未回采，下部为11061工作面，已回采。其地表位于南龙山村西南，地面无建筑物。工作面走向长350m，平均斜长125m，平均厚度5.2m，容重1.6t/m3，其地质储量为36.4万吨。

11041工作面开采为二迭系山西组二1煤层，煤层厚度较为稳定，一般在5.2m左右。在煤层下部有两层夹矸，厚0.2～0.4m。此处二1煤无伪顶，直接顶为泥岩，厚约0.8～3.2m，老顶为中粒砂岩，厚约29m左右。直接底为泥岩，厚度约4.5m左右，老底为细粒砂岩，厚度约8m左右。

11041工作面属煤与瓦斯突出区，产状变化较大，断裂构造发育，充水条件简单，无老空水及顶板裂隙水出现。

11041工作面采场支护采用dz-22型单体液压支柱，л型钢梁，对棚支护，主梁下3根单体液压支柱，副梁下2根；有时用直径为300mm的圆形木鞋，以防支柱钻底。配川杆荆笆护顶。间距0.6m，

排距为1.0m，最大控顶距3.8m，最小控顶距为2.6m。 2 问题提出

单体液压支架与围岩是相互作用，相互影响的，良好的支架与围岩关系是确保工作面安全高效生产的基础。因此实施矿压观测是进行采场和巷道稳定性控制的有效手段。

支柱工作阻力是反映工作面支护性能和支护效果的重要指标，工作阻力分析主要讨论支护阻力的大小及分布规律，以及影响支柱阻力的主要因素等。对于工作面安全高效的生产具有积极的意义。 3 矿压观测 3.1 观测设备及方法

（1）测量支柱工作阻力采用山东科技大学生产的sy-40b型单体液压支柱工作阻力检验仪，该设备兼有补液补强的功能，在支柱工作阻力不降低的情况下，直接读取工作阻力数据，安全、准确、使用方便；

（2）测量顶、底板移近量及移近速度采用测杆、钢卷尺等必要的测量工具；

（3）测量活柱下缩量采用常用的直接标号法进行。 3.2 测站布置及测量方法

3.2.1 工作面观测点布置及测量方法

由于11041工作面为走向长壁式工作面，所以沿工作面布置三个测站。（如图4-1所示）

具体如图4-1所示，共设3个测站，用i、ii、ⅲ表示，用①、

②、③、④、⑤表示观测柱（点）；用i①、i②、i③、i④、i⑤表示i测站相应观测点，ii①、ii②、ii③、ii④、ii⑤表示ii测站相应各测点，用ⅲ①、ⅲ②、ⅲ③、ⅲ④、ⅲ⑤表示ⅲ测站相应观测点。

根据工作面作业循环的实际情况，每天随工人一起交，后即测量刚结束作业范围内测站的单体液压支柱初撑力，同时，测量本班准备作业范围内测站的支柱工作阻力（已经过了支柱升起后的8小时以上），作为该段的炮前工作阻力。经过一定时间后进行第二次测量，如果本站本班经历了放炮作业，则测量其炮后工作阻力和活柱下缩量；如果本测站本班未经历任何作业，则测量其工作阻力和活柱下缩量。

3.2.2 上区段平巷观测点布置

在上巷进行巷道变形观测，观测方法采用在巷道顶底板及两帮打1～1.5m的钻孔，用木锚杆锚固后作为观测基点。观测仪器为测杆、钢卷尺，测量布置如图所示。上巷取三个断面，分别用i、ii、iii表示，并用aiai、bi bi、ci ci（i为i、ii、iii）表示各断面相关参数。i、ii、iii断面距工作面分别为15m、35m、55m。 3.3 测试结果

从工作面支护阻力的测定可以得到如下结论：

（1）顶板运动规律特征：周期来压的周期一般在8～12天，来压步距约为5～7m，来压现不明显；但由于支柱上方是软煤，一般比直接顶岩石要软，在矿山压力作用下被压裂，因此支撑力的传递

效果较差，反映为支柱载荷不大，一般在20～90kn/柱之间，未测到超过130 kn/柱，远小于支柱额定工作阻力的70%，且工作阻力与支柱初撑力相差不大。

（2）工作面矿压显现特征：一般末排支柱的载荷较大，但也有最后一排支柱压力反而降低的现象，这是由于沿顶煤垮落线附近的煤体破碎松软所致，这易引起末排支柱失稳，带来安全隐患。 （3）顶底板移近量构成特征：由于采用单体液压支柱支护，故对底板的比压较大，加之循环时间较长，有较多的工序干扰底板压力的变化，因此，一个循环以后，顶底板的移近量较大。由于支柱的载荷一般不太大，所以活柱的下缩量较小，一般在4mm左右。据现场观测，顶底板移近量的绝大部分是支柱的插底量，它几乎占顶底板移近量的50%～70%，有时更多。由于顶梁上部煤体破碎和支柱插底的影响，导致活柱下缩量不大，支柱工作阻力较小，但支护系统刚度较低。11013单体支柱放顶煤工作面支柱初撑力仅发挥了额定初撑力的32%～40%。支柱初撑力是单体液压支柱工作面支护质量监测的最主要指标，煤矿安全规程规定，直径100mm的单体液压支柱的初撑力不小于90kn。支柱钻底量是反映支护系统刚度的指标。一般情况下，如果支柱钻底量超过100mm，就要采取穿铁鞋等措施。 （4）顶板控制特征：由于单体支柱工作面控顶区内压力不大，支柱的支撑能力发挥较低，因此，采场未发生过压垮型事故。但工作面的支架刚度较低，当放顶煤时，因煤、碎矸对支柱的冲击较严重，所以，采场后方易发生推垮型事故。本次观测期间，就常发生

末排柱被推倒、推歪现象，有时压实在矸石内，造成回柱困难。由于支柱上方是较软的顶煤，又未铺设具有一定强度的顶网，故常有顶煤破荆笆而漏的现象。尤其是周期来压期间，时有顶煤小冒顶现象发生，给安全生产带来一定的影响。 4 结语

从顺槽巷道变形测试结果可以得到如下结论：

（1）巷道变形量的突然增加均出现在工作面有明显周期来压时，说明顶板岩梁在煤壁前方断裂后，先作用于岩梁下部的煤体，使测点处产生明显的巷道煤体位移，进而作用在工作面的顶煤和支柱上，造成工作面周期来压。

（2）随着工作面的向前推进，测站与工作面的距离在不断缩短，测站位置的上下变形量和左右变形量整体趋势都在增加，但变化的幅度并不相同；

（3）每次周期来压之后，巷道变形量都处在一个相当低的水平。但随着工作面的推进，其最小值也在逐渐增大。

（4）距工作面相同距离处，每次周期来压对巷道变形量的影响并不相同，说明造成每次周期来压的岩梁长度、厚度等的特性并不相同。