薄煤层综采覆岩移动规律与支架的相互作用关系研究

关键词：薄煤层；顶板来压步距；液压支架；控顶距；

本文以章村煤矿2#薄煤层开采为依据，通过煤层开采覆岩运动理论分析及大量现场数据实测，重点分析了薄煤层开采上覆岩层的移动规律及其与综采支架间的相互作用，并依据支架和围岩相互作用关系原理，分析了薄煤层开采过程矿压显现特征，为章村矿薄煤综采提供依据。

一、井田概况

章村矿位于河北省沙河市与武安市交界地带，由章村矿三井井田和章村矿四井井田两部分组成。章村矿四井采用斜立混合式多水平开拓方式，目前正开采-200水平，该水平东翼中厚煤层已基本开采完毕，正在进行采区下山煤柱回收工作，西翼布置有主要生产采区―4224采区。该采区主采2#煤层，该煤层为薄煤层。

二、工作面开采矿压观测及岩层运动规律分析

本文以章村矿四井4224采区423109工作面为研究对象，通过对开采工程中顶板来压情况的观察和测量，以及对采动影响下的工作面运输巷和采区皮带下山的变形观测，积累了大量的实测数据，进而分析采动影响下覆岩运动与综采支架的相互作用关系。

（一）矿压显现特征

3、周期来压：初次来压过后，顶板随工作面推进出现周期性破断。破断下沉错位的顶板排列整齐，有时呈咬合状。破断裂缝宽度较大，一般为0.5―0.8m。周期来压步距一般为4―8m，周期性来压时超前支承压力峰值系数一般在1.6左右，位于煤壁前方约8～10m处。顶板周期来压时有动压现象，但不剧烈。

4、充分采动距离：周期来压刚过后顶板岩层运动属于非充分采动阶段，实践显示在经过4―6个周期来压步距时（45―65m），在煤层走向方向上达到充分采动距离，其特征是岩层充分垮落，具有明显的“三带”特征。充分采动以后周期来压步距明显偏小，但平均来压强度略高于非充分采动时的来压强度。

（二）覆岩移动特征

2、正常开采阶段（周期来压阶段）：顶板初次来压过后，随着工作面的推进顶板岩层就按一定的步距呈周期性垮落。周期来压时支架上部直接顶悬顶长度较短，大多数情况下直接顶沿着顶梁后端断裂，基本上无悬臂。

3、“三带”高度：由于采高低和软岩的原因，开采时冒落带高度明显，裂隙带高度和弯曲下沉带高度的界限并不明显。冒落带的高度约2m，明显裂隙带高度约为12m。

（三）支架和围岩相互作用关系分析

1、支架受力状态分析

回采工作面的围岩即直接顶、老顶以及直接底岩层，这三者对回采工作面支架有着直接影响。围岩作用于支架的受力状态如下图所示。多数情况直接顶沿煤壁断裂，断裂角约70°～75°。架后基本上沿着顶梁与掩护梁铰接点断裂。回采工作面周期来压时偶尔出现过工作面顶板沿煤壁产生台阶下沉，所以来压时应加强顶板管理，必要时增加临时支护，防止台阶下沉量过大。

工作面初次来压时的情况与周期来压时存在较大区别，架后悬顶面积很大，此时支架受力的合理作用点可能后移，超出支架设计允许范围，支架内部产生较大附加力，其表现形式是平衡油缸可能拉坏。所以工作面初次来压之前应备好单体液压支柱，来压时临时加强支护，防止拉坏平衡油缸和工作面顶板沿煤壁产生台阶下沉。

2、控顶距分析

通过实践，分析两种控顶距条件下，采场围岩与支架的相互作用。实践显示，控顶距为1.5m时，在工作面周期来压时容易发生冒顶，冒高0.3―0.5m左右。如果移架不能及时跟上，控顶距较大时，容易发生冒顶，也容易产生支架低头。而在控顶距小于1.0m时，架前冒落显现明显减少。

三、结论

根据章村矿423109工作面开采中取得的大量实测数据分析结果得出以下结论：

（二）控顶距不宜大于1.0m，控顶距过大容易造成回采工作面架前冒顶，也可能造成支架低头，容易拉坏平衡油缸。

（三）工作面初次来压时，架后悬顶面积很大，此时的支架受力的合理作用点可能后移，超出支架设计允许范围，支架内部产生较大附加力。