“三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究 Pressure Observation and Analysis of Working Face with Cantilever Support in Three Soft Coal Seam.pdf

Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展电力与能源进展, 2013, 1, 100-104 http//dx.doi.org/10.12677/aepe.2013.12017 Published Online June 2013 http//www.hanspub.org/journal/aepe.html Pressure Observation and Analysis of Working Face with Cantilever Support in Three Soft Coal Seam Jutang Lu1, Ziqiang Cui1, Bin Wang1, Yongbin Jing2, Guangzhong Sun2 1SDIC Coal Zhengzhou Energy Development Co., Ltd., Zhengzhou 2Department of Safety Science revised Apr. 15th, 2013; accepted May 1st, 2013 Copyright 2013 Jutang Lu et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract Pressure observation was carried out at 15031 working face of Jiaoxue Mine in Dengfeng. The observation data were processed by programming with VB language, and then analyzed through statistical software. According to the statistical values and the graph, the step distances of periodical pressure around the connection of working face were defined, and the influence on the characteristic of pressure behavior with working face length was studied. The research provides accurate data for solving engineering problems in production. Keywords Pressure Observation; Three Soft Coal Seam; Periodical Pressure “三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究“三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究 路聚堂路聚堂 1，崔子强 ，崔子强 1，王 ，王 彬彬 1，荆永滨 ，荆永滨 2，孙光中 ，孙光中 2 1国投煤炭郑州能源开发有限公司，郑州 2河南工程学院安全工程学院，郑州 Email sgz228165 收稿日期2013 年 3 月 18 日；修回日期2013 年 4 月 15 日；录用日期2013 年 5 月 1 日 摘摘 要要对国投煤炭郑州能源开发有限公司教学三矿 15031 工作面贯穿前后进行了矿压观测，通过编写 VB 程 序对矿压观测数据进行处理，并使用统计分析软件对处理后的数据进行统计与分析。根据实测数据的统计值和 绘制出的曲线图，确定了工作面贯穿前后的周期来压步距，研究了“三软”煤层工作面长度变化对矿压显现特 征的影响。能够为矿山提供准确的数据资料，以指导生产中出现的工程问题。 关键词关键词矿压观测； “三软”煤层；周期来压 1. 引言引言 采煤工作面矿压观测是煤矿开采中一项非常重 要的技术措施。通过它能及时发现工作面支护工作中 存在的问题并进行处理，同时也能掌握工作面矿压显 现规律，并以此指导控顶设计及支护质量管理[1]。 工作面矿压观测一般要求对“三量”内容进行全 面的观测。 在工作面观测仪器装备不全的情况下， “三 量”的全面观测非常困难。实际上，在工作面最能提 高支护质量的因素是初撑力，工作面存在的大多问题 一般都能通过初撑力和工作阻力的大小和分布表现 出来[2-4]。因此，工作面矿压观测的内容以初撑力和工 作阻力观测作为核心。 本次观测的 15031 采煤工作面位于教学三矿 15 采区西翼南部，采煤层为二 1 煤层，煤质较软，煤层 覆存较稳定，属于典型的“三软”煤层。该工作面采 Copyright 2013 Hanspub 100 “三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究 用悬移支架机采放顶煤回采工艺，通过掌握采场矿压 分布和显现规律，从而采取有效措施，提高煤层顶板 的稳定性，减少支柱钻底量，提高采场支撑体系的整 体刚度，最大幅度的改善采场矿压控制状态。 2. 矿压观测方案矿压观测方案 本次研究所采用的工作面矿压观测方法，是对预 定测线上的测点数据进行详细的观测记录。其缺点是 过于僵化， 使得测线以外存在的问题尤其是支架或支 柱失效问题不能被观测记录下来。 该方法的优点是可 以降低观测工作量，规范化的观测结果利于各次观测 数据的纵向对比。 沿工作面方向布置 3 个测点，在 15、45、75 支架的四根支柱上分别装数显式矿压采集仪进行观 测， 自 2012 年 7 月 21 日起两工作面贯穿后同时生产。 3. 矿压观测数据处理矿压观测数据处理 目前许多煤矿或者没对所得的观测数据进行再 处理，或者只是进行简单的处理，甚至是采用手工进 行统计分析。不仅效率及其低下，而且也没有起到矿 压观测应起到的效果。必须对观测数据进行统计分 析，并以直观的图表形式将观测结果表示出来，包括 悬移支架压力曲线和初撑力、工作阻力综合曲线图 [5,6]。 本次研究针对悬移支架进行矿压观测，设计格式 如表 1 所示的支柱阻力观测数据记录表示例。 观测结果在 Excel 中逐日进行记录，其记录结果 Table 1. The suspended bracket strut resistance observed daily data unit MPa 表表 1. 悬移支架支柱阻力观测日常数据记录悬移支架支柱阻力观测日常数据记录单位单位MPa 日期 6 月 16 日 编 75 支架 编 45 支架 编 15 支架 23 10 5 11 18 19 初撑力 5 7 7 8 12 9 编 75 支架 编 45 支架 编 15 支架 15 24 17 22 17 23 工作阻力 10 8 20 15 13 16 编 75 支架 编 45 支架 编 15 支架 23 44 25 30 24 27 最大阻力 27 25 20 19 24 23 如下图所示，以这样格式存储的支架阻力数据并不能 直接用于数据分析，必须对其进行处理形成数组才能 够进行下一步的分析。例如需要对初撑力进行统计分 析，则需要将初撑力数据按时间、支架和支柱分别进 行整理，若采用人工进行整理，则费时费力且容易产 生错误。因此，针对记录表的格式首先编写 VB 程序 将数据进行整理，可以大大减轻工作量并提高准确 度。整理后的支架阻力数据表见表 2 所示。 4. 支架的初撑力及工作阻力分析支架的初撑力及工作阻力分析 对支架初撑力、工作阻力和最大阻力分别进行统 计。 1 初撑力统计分析 从统计值可以看出，初撑力数值沿工作面倾斜方 向往上逐渐变小。平均值为 13.3 Mpa，为额定初撑力 的 42。 2 工作阻力统计分析 从统计值可以看出，工作面贯穿前工作阻力数值 在工作面倾斜方向下部较大，中部和上部近似相同。 工作面贯穿后阻力分布与贯穿前一致。贯穿前平均值 为 13.1 Mpa，为额定工作阻力的 31。贯穿后平均值 为 16.4 Mpa，为额定工作阻力的 39。工作面贯穿后 较贯穿前工作阻力增大，平均工作阻力增大 25。 3 最大阻力统计分析 从统计值可以看出，工作面贯穿前三个测点阻力 数值在工作面上分布近似相同，贯穿后与贯穿前分布 一致。实测支架最大阻力平均值为 26.2 Mpa，为额定 最大阻力的 62。实测支架最大阻力平均值为 26.7 Mpa，为额定最大阻力的 63。工作面贯穿后较贯穿 前最大阻力增大 2。 4 顶板周期来压分析 以观测日期为横坐标，以每日观测的初撑力、工 作阻力和最大阻力为纵坐标，以实测阻力平均值p加 Table 2. The No. 75 support setting data of face unit MPa 表表 2. 工作面工作面 75＃支架初撑力数据整理表＃支架初撑力数据整理表单位单位MPa 日期 75-1 75-2 75-3 75-4 平均值 4 月 16 日 32.5 29 23 20 26.1 4 月 17 日 41 39 28 27 33.8 7 月 19 日 23 18.5 22.5 17.5 20.4 Copyright 2013 Hanspub 101 “三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究 Copyright 2013 Hanspub 102 Table 3. Working face through the front roof pressure criterion 其一倍均方差 p 为老顶来压的判据，见表 3。绘 制支护阻力沿工作面推进方向上的分布曲线。如图 1 和图 2 所示为 15031 工作面贯穿前支架阻力分布和工 作面贯穿后支架阻力分布。 p 表表 3. 工作面贯穿前老顶来压判据工作面贯穿前老顶来压判据 架号 判据/Mpa架−1 75 45 15 p 17.8 15.4 15.8 p  3.96 3.69 3.11 p 18.66 15.79 15.41 4.1. 工作面贯穿前工作面贯穿前 在观测期间， 从图 1a可以看到， 下部 75 支架测 a b c Figure 1. Supporting resistance distribution a The 75 supporting resistance distribution; b The 45 supporting resistance distribution; c The 15 supporting resistance distribution 图图 1. 支架支护阻力分布图支架支护阻力分布图a 75 支架支护阻力分布；支架支护阻力分布；b 45 支架支护阻力分布；支架支护阻力分布；c 15 支架支护阻力分布支架支护阻力分布 “三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究 a b c Figure 2. Supporting resistance distribution a The 75 supporting ribution; b The 45 supporting resistance distribution; 图图 2. 支架支护阻力分布图支架支护阻力分布图a布；布；c 15 支架支护阻力分布支架支护阻力分布 Table 4. Working face through the front roof pressure criterion 架号 判据/Mpa.架−1 75 45 15 esistance distr c The 15 supporting resistance distribution 75 支架支护阻力分布；支架支护阻力分布；b 45 支架支护阻力分支架支护阻力分 线共经历了个来压周期，其中 6 月 23 日和 7 月 4 日左右的周期来压比较明显期来压续时间分别 表表 4. 工作面贯穿前老顶来压判据工作面贯穿前老顶来压判据 p 3 ，周持 是 2.5 天和 4.5 天，来压步距是 9.8 m 和 8.1 m。 从图 1b可以看出中部 45 支架测线周期来压并 不明显。 14.7 12.1 12.3 p  3.48 3.65 4.45 p 18. 15. 16. 187575 从图 1c可以看到，上部 15 支架测线共经历了 4 Copyright 2013 Hanspub 103 “三软”煤层悬移支架工作面矿压显现规律研究 个来压周期，其中 6 月 16 日、6 月 28 日和 7 月 5 日 左右 工作面贯穿后工作面贯穿后 工作面贯，结合工作面贯通后来压 以明显看出，工作面贯穿后， 支架 持续范围 5.4 m。 压比 工作面矿压观测数据的统计分析， 初撑力数 倾斜方向往上逐渐变小。 面倾 工作面贯穿后与贯穿前最大阻力近似相等， 平 均最 期来压间隔时间范围是 2.5 天 至 5 参考文献参考文献 References 控制[M]. 北京 煤炭工业出 的周期来压比较明显，周期来压持续时间分别是 2.5 天、 1 天和 1 天， 来压步距是 6.3 m、 9 m 和 8.1 m。 4.2. 穿后观测期间 判据表 4，从图 2a可 阻力增大并持续约 5 天时间。下部 75 支架测线 共经历了 2 个来压周期，其中 7 月 31 日和 8 月 7 日 左右的周期来压比较明显，周期来压持续时间分别是 2 天和 1.5 天，来压步距是 9.8 m。 从图 2b可以看出， 中部 45 支架测线经历一个周 期来压， 在 8 月 3 日左右， 持续 3 天， 从图 2c可以看到，上部 15 支架测线共经历了 2 个来压周期，其中 7 月 29 日、8 月 3 日左右的周期来 较明显，周期来压持续时间分别是 2 天和 1 天， 来压步距是 7.2 m。 5. 结论结论 1 对 值沿工作面 2 工作面贯穿前和贯穿后工作阻力数值在工作 斜方向下部较大，中部和上部近似相同。工作面 贯穿后较贯穿前工作阻力增大，平均工作阻力增大 25。 3 大阻力增大 2。 工作面贯穿前，周 .5 天， 来压步距从 6.3 m 至 9.8 m。 工作面贯穿后， 周期来压间隔时间范围是 2 天，来压步距从 7.2 m 至 9.8 m。 [1] 钱鸣高, 刘听成. 矿山压力及其 版社, 1991. 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