综采工作面回采应力关系研究与应用

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【摘 要】在开采煤炭的过程中，整个工作面上覆岩层中邻近煤层的老顶岩层形成的结构是由“煤壁、工作面支架、采空区已冒落的矸石”这种体系所支撑，又由于煤壁与冒落的矸石具有截然不同的特性，因此工作面支架的性能、受力情况，支护方式就成为合理控制好工作面顶板的关键因素，这便是我们在研究综采工作面顶板管理问题中首先要探讨的一个重要课题。

【关键词】采煤工作面；控制顶板；支护要点

前言

围岩强度强化理论是针对软岩煤层围岩特点提出的，通过巷道围岩锚固前后相似材料模拟实验和理论分析，围岩强度强化理论的要点如下：

（1）巷道锚杆支护的实质是锚杆和锚固区域的岩体相互作用形成统一的承载结构。

（2）巷道锚杆支护可提高锚固体的力学参数，改善被锚固岩体的力学性能。

（3）巷道围岩存在破碎区、塑性区和弹性区，锚杆锚固区的岩体则处于破碎区域外于上述2—3个区域中，相应锚固区的岩石强度处于蜂后强度或残余强度，锚杆支护使巷道围岩特别是处于蜂后区围岩强度得到了强化，提高峰值强度和残余强度。

（4）煤巷锚杆支护可以改变围岩的应力状态，增加围压，从而提高围岩的承载能力。

（5）巷道围岩锚固体强度提高以后，可减少巷道周围破碎区、塑性区的范围和巷道的表面位移，控制围岩破碎区、塑性区的发展，从而有利于保持巷道围岩的稳定。

煤层开采以后，在煤层底板中形成一定范围的应力增高区和应力降低区，位于煤层底板的巷道，若处于应力增高区，将承受较大的集中应力而遭到破坏：处于应力降低区，则易于维护。根据采面不断移动的特点以及巷道系统优化布置的原则，可在巷道上层的煤层工作面进行跨采，使巷道经历一段时间的高应力作用后，长期处于应力降低区，跨采的效果主要取决于巷道与上方跨采面的相对位置本文结合煤炭开采过程中，对工作面进行矿压观测。求出工作面的初次来压步距、周期来压步距、支柱工作阻力及其变化、顶板下沉量和下沉速度及其变化情况、支柱下缩量和下缩速度及其变化情况，为工作面生产提供一手完整、准确的矿压资料，加强工作面来压期间的支护，使工作面安全经过来压阶段，并为类似条件工作面如何管理、支护顶板提供有用的资料。

1 工作面支架与围岩的关系

只有支架支撑力分布理，支护方式及方法适当，才能确保维护好采煤工作面顶板，才能保证矿工的生命安全和煤炭生产的正常进行。从已有的资料分析，工作面支架与围岩的关系如下：

（1）支架与围岩是相互作用的一对力。在小范围内支架可视为一个反力，围岩形成的顶板压力则可视为是作用力，两者应相互适应，使其大小相等，而且尽可能的作用在一个点上。

（2）工作面支架受力的大小及其在工作面分布的规律与支架本身的性能有关。以往煤炭生产中大量的事实证明，钢性、急增阻式、微增阻式、恒阻式支架受力的情况在工作面分布状态是不一致的。根据许多资料及实验证明，恒阻式支架受力比较均匀。

（3）支架工作阻力与顶板下沉量的关系；在煤矿实际工作中证实，降低工作面顶板下沉量后可对工作面顶板管理工作带来极大的好处，顶板下沉量过大会造成：工作面顶板压力过大，顶梁变形严重，支柱压死，易发生局部冒顶等现象。这会给工作面的正常生产带来极大的困难，因此在一定条件下可得出这样一个结论：控制顶板即是控制顶板下沉量。

2 支柱初撑力对顶板支护的作用

通过对支架与围岩关系的分析可以看出控制顶板即减少顶板下沉量的重要因素是：架设支架时要使支架尽快达到恒定工作阻力，为了实现这一目的就必须保证支柱架设时有足够的初撑力，提高支柱初撑力与支柱工作阻力间的比值，从而可减少顶板出现挠曲和离层的程度，确保支架在顶板来压时吃上劲，生根稳定，是控制好顶板的一个重要条件。

3 工作面煤帮放炮后的及时支护对控制顶板的作用

根据四种不同硬度的煤层所研究的结果可以分析得出：工作面顶板破碎面积与梁端距煤壁距离的关系。同时可以得出减少梁端距煤壁的距离就可以相应的降低顶破碎面积，但综采工作面两端口炮采时在刚放完炮时及放炮过程中却有一段煤帮区空顶的时间，这就等价于在这段时间内明显增大了梁端到煤壁的距离，这一段时间内就会增大顶板破碎面积，如果减少顶板破碎面积就必须缩短这段空顶的时间，这就要求在放炮后必须及时的移梁并架柱支护，从而降低顶板破碎面积，也就是说缩短空顶时间才能达到不出现或相当于不出现空顶现象，这样可以减少放炮后顶板和离层幅度和下沉量，保证顶板的完整，便于顶板的管理工作。

4 支柱初撑力和及时支护在综采工作面顶板管理中的重要性

如今，在某矿的综采工作面，所采用的支架材料的性能已完全可以满足顶板控制的需要。关键就在于放炮后的及时支护及架设支柱时的初撑力达到“作业规程”规定的数值。只有做好以上两项工作就可以降低顶板下沉量，减少顶板台阶下沉现象，提高顶板完整性，从而便于我们更好的搞好顶板管理工作。做好以上两项工作也可保证支架在顶板来压时站得稳、抗得住。所以我们必须在综采工作面的顶板管理工作上重点抓好这两个支护顶板的要点，只有这样，我们才能搞好顶管理工作，才能保证工作面的正常生产。

5 结语

本文笔者结合自身工作经验就采场上覆岩层的运动规律及回采工作面支架与围岩的关系，分析了工作面支架受力的大小及规律，顶板采动后的变化情况并结合炮采工作面支护材料的具体特点，详细的论述了综采工作面减少顶板下沉量和降低顶板破碎程度的两个重要因素，保证一定的支柱初撑力和及时支护的重要性，为合理的控制好炮采工作面顶板提供了合理的理论依据，以供同行探讨。

参考文献：

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[5]李友强.炮采工作面支护顶板的要点[J].甘肃科技，2004（2）.

作者简介：

杨子华，男，冀中能源邯矿集团赤峪煤矿工作，采矿工程专业，大学文化，助理工程师。