仝耀军，连志伟，罗松峰

( 河南永锦能源有限公司，河南 禹州 461670) 

摘要: 作为大倾角煤层首个悬移支架支护工作面，悬移支架支柱压力是顶板控制中的主要参数，制订的合理 与否对确保安全生产至关重要。为此，根据该矿井地质情况、工程开采条件的特殊性，结合矿压观测与推进 度、煤层厚度、瓦斯等关系，参考条件相似矿井，并经过理论计算和实际验证过程等，最终提出了悬移支架支 护工作压力的参照数值，为大倾角煤层悬移支架支护提供科学依据。 

关键词: 悬移支架; 工作阻力; 矿压观测

富山煤业采煤工作面属于大倾角工作面，煤层 倾角平均达到 41°，局部达到 45°，原采用单体柱配 合 Π 型钢梁支护，由于属于淘汰工艺，矿井于 2014 年 12 月 27 日至 2015 年 1 月 7 日对支护工艺进行 了变更，采取了悬移支架支护形式，由于这种支护在 该矿属于首次使用，为掌握工作面顶板岩层的活动 规律和支柱支承压力的变化规律，分析采煤工作面 安装悬移支架后柱压的合理性，确定柱压的可靠性 和适应性并进行评价，为合理选择工作面支护参数 等提供科学依据。首先制订了矿压观测方案，并同 步观测矿压变化规律与工作面推进度、采面煤厚、工 作面瓦斯涌水、顶板周期来压情况的关系，参考其他 相似矿井和压力理论验证等，最终得出悬移支架支 柱工作阻力为何值能够满足顶板安全需要，为矿井 工作面支护提供科学管理依据，达到安全生产。 

1 工作面概况

    21051 工作面位于 － 150 m 水平、11 采区东翼， 地面标高 + 301. 0 ～ + 328. 5 m，井下标高 － 54. 000 ～ + 11. 278 m，该工作面上部为 11031 工作面采空 区，下部为 21071 工作面，左至专用回风井井筒保护 煤柱，右至边界保护煤柱。工作面设计开采煤层为 二1 煤层，可采走向长 400 m，倾斜长 68 m。该工作 面工作面煤层厚度最小 3. 0 m，最大 6. 0 m，平均厚 4. 5 m。工作面可采储量 17. 5 万 t，预计服务年限为 10 个月。工作面煤层倾角 38° ～ 43°，平均 41°。工 作面温度 低 于 22 ℃，工作面相对瓦斯涌出量为 1. 70 m3 /t，绝对涌出量为 0. 49 m3 /min，为瓦斯工作 面，煤尘有爆炸危险性，属Ⅲ类不易自燃煤层。 

    工作面采用走向长壁后退式采煤法，采空区处 理方法采用全部垮落法。21051 采煤工作面在 201412 月 27 日至 2015 年 1 月 7 日在 21051 切眼安 装 53 架悬移支架，3 月 17—19 日下端头安装 6 架 悬移支架、5 月 10—12 日上端头安装 3 架悬移支 架，工作面选用 ZH2000 /17 /24Z 型整体顶梁组合悬 移液压支架支护( 表 1) 。

表 1 悬移液压支架主要技术参数

工作面直接顶平均厚度 3. 35 m，岩性为砂质泥 岩; 基本顶平均厚度为 9. 08 m，岩性为中粒砂岩。 直接底平均厚度 0. 55 m，岩性为泥岩; 基本底平均 厚度为 7. 58 m，岩性为细粒砂岩( 表 2) 。

表 2 工作面煤层顶底板情况

    工作面直接充水水源为: 煤层顶板砂岩孔隙裂 隙承压含水层、底板岩溶裂隙承压水。21051 采煤 工作面在回采过程中受上部采空区水影响，在掘进 21051 回风巷期间已进行了探放水，对回采无影响。 就煤层底板直接充水含水层而言，回采前已对底板 灰岩水进行了探查，并进行了评价，对回采无影响。 根据 21051 工作面下隅角回采期间观测正常涌水量 4 m3 / h，最大涌水量 8 m3 / h。

2 矿压观测及分析情况

2. 1 观测周期、方法

 ( 1) 观测周期: 1 月 15 日—6 月 10 日。 

( 2) 观测方法: 每 5 架悬移支架之间设置一个 观测站，前后立柱上各安装一块压力表，直接由跟班 队长( 验收员、班组长) 观测数据，每班观测 3 次，其 中 1 次为支柱初撑力。同步对煤厚、推进度、上隅角 瓦斯浓度进行观测。

2. 2 矿压观测数据分析 

   此次观测周期为 1 月 15 日零点班至 6 月 10 日 四点班，共观测 138 d，观测数据 24 115 次。生产科 对观测期间柱压进行分析，柱压低于 9 MPa 共 512 次、占 总 数 2. 12% ，柱 压 在 9 ～ 12 MPa ( 不 含 12 MPa) 共 2 704 次、占总数的 11. 21% ，柱压在 12 ～ 15 MPa 共 10 768 次、占 总 数 的 44. 65% ，柱 压 在 15 MPa 以上的共 10 131 次、占总数的 42. 01% ( 表 3) 。 表 3 1 月 15 日—6 月 10 日柱压分析汇总 次 

2. 3 顶板周期来压与瓦斯、推进度、煤厚关系分析 

2. 3. 1 顶板周期来压分析 观测周期

   1 月 15 日至 6 月 10 日内，21051 回风 巷推进 130 m，21051 运输巷推进 121. 5 m，工作面 平均推进 125. 75 m，现 21051 采煤工作面平均煤厚 4. 5 m，采煤工作面平均采高 2. 2 m。通过悬移支架 前后支柱压力曲线图分析出压力变化规律即可判断 出顶板周期来压。1 月 15 日至 6 月 10 日，在前、后 柱柱压观测曲线图中，前、后柱压分别显示周期来压 20、22 次。周期来压最长的为 8 d，一共 8 次( 2 月 8—15 日、后 柱; 4 月 8—15 日、前 柱; 4 月 12—19 日、后柱; 4 月 27 日至 5 月 4 日、后柱; 5 月 5—12日、后柱; 5 月 20—27 日、前柱; 5 月 28 日至 6 月 4 日、前柱) 。周期来压最短的是 3 d，一共 2 次( 1 月 15—17 日、前柱; 5 月 13—16 日、前柱) 。    

   根据前、后柱压分析: 悬移支架前立柱平均压力 15 MPa，后立柱平均压力 14 MPa，最大柱压 30 MPa ( 均在前立柱，1 月份 5 次、3 月份 1 次) ，时间在 1 月 15 日 8 点班位于 5# 架前柱。周期来压步距平均为 5. 5 m，工作面来压显现程度不明显。 

2. 3. 2 周期来压与煤厚及瓦斯关系 

   在监控系统查阅瓦斯含量与现场实际煤层厚 度，发现在瓦斯高情况下煤层较厚，其中: 2 月 28 日 至 3 月 9 日瓦斯较高( 最高 3 月 2 日，瓦斯浓度 0. 32% ) ，期间煤层平均为 4. 78 m。另外，在观测发 现瓦斯含量与柱压无明显关系( 图 1) 。  

 图 1 柱压与瓦斯浓度相关曲线 

2. 4 矿压观测分析结论  

    回采观测期间工作面未发生顶板、瓦斯超限等 事故，支护状态良好，结合观测实际数据，柱压定为 9 MPa 满足安全生产需要，且能够满足《煤矿安全规 程》规定中支柱合格率不得低于 90% 的规定［1-3］。

3 参考其他相似矿井分析

( 1) 常村矿 1107 工作面基本情况。1107 工作 面可采储量为 90. 77 万 t。根据实测地质资料显示， 工作面煤层厚度变化较大，工作面煤层赋存属于复 杂型。二1 煤层赋存于山西组下部。煤层产状: 走 向 105° ～ 115°，煤层倾角由西向东逐渐增大，平均 18°。该工作面煤层厚度相对较稳定，最小 1. 4 m， 最大 7. 5 m，平均 4. 25 m。切眼长度为 219 m，安装 ZH1600 /17 /25F 型分体顶梁组合悬移液压支架 210 架，工作阻力 1 600 kN。常村矿柱压定为 12 MPa。

( 2) 金鑫矿 12071 工作面基本情况。12071 采 煤工作面开采山西组二1 煤层，二1 煤层全区发育， 结构简单，层位稳定。煤层走向 90° ～ 110°，倾向 0° ～ 20°，倾角 32° ～ 39°。根据 12071 工作面两巷及切 眼掘进时期探煤数据，该工作面煤层厚度在 1. 0 ～ 5. 5 m，平均煤厚 3. 25 m。12071 采煤工作面为单斜 构造，地层走向 90° ～ 110°，倾向 0° ～ 20°，倾角为 32° ～ 39°，地质构造类型为中等。12071 采煤工作 面采用走向长壁后退式采煤方法，人 工 落 煤， ZH2000 /17 /24Z 型整体顶梁悬移液压支架支护，全 部垮落法控制顶板。金鑫矿柱压定为 9 MPa。

( 3) 参照其他类似矿井分析。富山煤业与金鑫 矿顶底板岩性、顶底板厚度基本相同，富山煤业煤层 倾角略大，煤层厚度略大于金鑫矿。富山煤业与常 村矿顶底板岩性、顶底板厚度基本相同，常村矿有一 层厚 0. 2 m 泥岩伪顶( 不考虑) ，煤层厚度基本一 致，但煤层倾角比富山矿小。

    综上所述，富山煤业与常村矿、金鑫矿比较发 现，金鑫矿与富山矿条件基本相似，9 MPa 适合富山 煤业实际。

4 支柱工作阻力理论计算

( 1) 工作面 压 强。P工作面压强 = 9. 8hγk = 215. 6 kN /m2 。其中，P工作面压强 为工作面压强; h 为工作面 最大采高，2. 2 m; γ 为顶板岩石容重，取25 kN /m3 ; k 为工作面支柱与支护的上覆岩厚度与采高之比，一 般取 4 ～ 8，因煤层顶板岩石硬度系数低，直接顶厚 度薄，压力显现不明显，此处取 4。

( 2) 悬移支架面积。S支架面积 = ab = 2. 688 m2 。 其中，S支架面积为支架受力面积; a 为支架长度; b 为支 架宽度。

( 3) 悬移支架每架立柱面积。S支柱支撑面积 = 4πr 2 = 49. 06 × 10 － 3 m2 。其中，S支柱支撑面积 为支架受力面 积; r 为支柱半径。

( 4) 每 根 支 柱 压 力。P每根支柱压力 = P工作面压强 × S支架面积 / S支柱支撑面积 = 11. 81 MPa。 根据以上计算所得，悬移支架支柱工作阻力应 达到 11. 81 MPa，实际取值 12 MPa，满足安全需要。 

5 结论

   通过大量数据观测和参考相邻矿井类似条件下 悬移支架工作阻力的选择，以及对悬移支架支柱工 作阻力的理论计算综合考虑，支柱工作阻力取值 12 MPa 能够满足大倾角悬移支架工作面回采期间顶板 安全需要。实践验证，对悬移支架的支柱工作阻力 的确定采取矿压观测科学分析和理论计算、参考条 件相似矿井的方案是可行的，能够对安全生产提供 技术、科学支撑。

参考文献: 

［1］ 刘文修，崔云生，郭俊强． 悬移支架在采煤工作面的应用［J］． 中州煤炭，2009( 6) : 66-67．

［2］ 郭奉孝，魏胜利． 矿山压力观测与控制［M］． 北京: 煤炭工业出 版社，2015． 

［3］ 钱鸣高，石平五，许家林． 矿山压力观测与岩层控制［M］． 徐 州: 中国矿业大学出版社，2015． 

( 责任编辑: 李留洋)

原文转载自网络“来源/参考文献+中国煤炭行业知识服务平台”，如有侵权，请联系删除

乾坤矿山的便携式螺旋支柱介绍

    乾坤矿山便携式螺旋支柱是一款矿井临时支护设备，是矿井适用的金属单体支柱，参数经过多次试验和客户使用数据验证的。这款支柱专为矿山井下临时支护设计制造，与市场上的其他支护不同，非边坡基坑支护，非液压非悬浮支柱，也不是锚杆网片等大面积常规支护产品，这款支柱具有轻便、结构简单、价格实惠、可回收反复使用、可远距离拆除等特点，深得客户喜爱。