厚风积沙浅埋深中厚煤层开采矿压技术研究

薛文伟

中国华电煤业神木县隆德矿业有限责任公司陕西神木719302

摘要：隆德煤矿1-1煤层为厚风积沙浅埋深中厚煤层，现开采101综采工作面为1-1煤层首采工作面，隆德煤矿引用德国MARCO液压支架电液控制系统应用软件Xalz，开展了开采矿压技术研究工作，主要通过对回采工作面支架压力进行监测记录，并分析矿压显现规律，研究初采期间工作面顶板活动规律，合理改善支护方式，以便于为相邻工作面的初采工作提供理论支撑及参考依据，可有效的指导生产。

关键词：风积沙；中厚煤层；开采；矿压技术；电液控制；

引言：

神木县隆德矿业有限责任公司煤矿（整合区）（简称隆德煤矿）位于陕西省榆林市神木县西南部，行政区划隶属于榆林市神木县大保当镇管辖。地理坐标在北纬38°43′57″-38°47′39″，东经109°58′07″-110°03′05″之间。整合区由7个拐点连线为界圈定，为一长约6.3-8.4km、宽约2.4-3.1km的西北东南向近似长方形，面积20.46km2。

隆德煤矿位于陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠东南缘，地貌单元以沙丘沙地为主，地表基本被第四系风积沙所覆盖，设计可采煤层为1-1煤、2-2煤，现开采煤层为1-1煤层，赋存于延安组第Ⅴ段顶部，在井田东北部、北部受直罗组冲刷剥蚀，可采区主要分布在井田的西南部边界附近。可采面积7.801km2，为大部可采煤层，根据钻孔资料，井田内见煤点8个，均为中厚煤点。总厚度0-2.68m，平均厚度1.93m，可采煤层厚度1.50-2.15m，平均1.73m，属中厚煤层。煤层有东北部厚西南部薄的，厚度变化较小。煤层结构简单，一般不含夹矸，煤层埋深一般为92.91-153.23m，平均129.04m，西北部埋藏较深，东南部埋藏较浅，煤层底板标高1096-1061m。该煤层为中厚煤层，大部可采（被直罗组剥蚀，覆煤面积内全区可采），煤层厚度变化不大，结构简单，煤类单一，属稳定型煤层。

一、研究背景

（一）、工程背景

1-1煤埋深一般为92.91-153.23m，平均129.04m，101综采工作面是我矿1-1煤首采工作面,位于1-1煤辅运大巷西侧，工作面推进长度2529米，工作面长度288.9米，综采工作面采用综合机械化开采，全部垮落式管理顶板。煤层厚度1.4～2.0m，平均1.88m，属稳定煤层，结构简单，局部区域顶部含夹矸1层，主要为厚风积沙浅埋深中厚煤层，煤层直接顶为4.2～12.5m厚的细粒砂岩和粉砂岩，老顶为5.5～13m厚的细-中粒砂岩。顶板为实现安全回采，压力分析研究显得至关重要。

由于101综采面为1-1煤首采工作面，没有过去顶板压力的分析资料，如果采用人工记录分析，将会导致分析不及时、不准确，且比较繁琐，工作量太大，不利于现代化矿井安全生产发展，因此迫切需要引进一种矿山压力实时监测系统，及时分析矿压规律，采取有效预防措施，确保综采工作面顶板支护安全。

（二）、过去综采面矿压监测系统缺点

隆德煤矿过去以2-2煤201综采工作面为例，综采面共安装176台液压支架，为了保障安全回采，深入分析工作面矿山压力规律，考察支架的工作性能，201工作面共计安装18个由尤洛卡矿业安全工程股份有限公司提供的支架工作阻力在线监测仪，分别安装在18个支架上（分别为4#、11#、21#、31#、41#、51#、61#、71#、81#、91#、101#、111#、121#、131#、141#、151#、161#、171#），通过采场矿压显现现场观测，研究回采后工作面支撑压力分布规律，确定工作初次来压、周期来压的大小及其强度。本套KJ216煤矿顶板动态监测系统，在隆德煤矿综采面实际应用中发现，存在以下缺点：

1.顶板动态每隔10架安装一台在线监测仪，比较分散，不能全部反应出所有支架的工作性能，不利于及时维修、更换损坏的支架密封等。

2.顶板动态观测设备采用电池进行供电，需不定期对电池进行更换，如果管理疏漏一点，将会导致部分数据缺失，矿压分析报告不全面。

3.在线监测仪需要单独安装线路，且在支架上要独立固定，不仅需要耗费大量的人力、物力，且在支架操作或人员通过时易出现设备损坏、掉落等事故。

4.KJ216煤矿顶板动态监测系统运行不稳定，需要厂家派专人在现场维护，维护费用较高。

二、德国MARCO液压支架电液控制系统应用软件Xalz在隆德煤矿的实践与应用

（一）初次来压之前

1.101工作面从初采开始，至11月14日中班，工作面推进56.4m，支架压力一直保持在25～30Mpa。

（二）初次来压

1.11月18日早班生产至12:00停机后，工作面累计推进82.2m，45～135架支架压力突然增大至40Mpa以上；11月18日中班至19日夜班，30～130架压力一直保持在35～40Mpa左右。

（三）周期来压

1.11月20日中班22:00，工作面累计推进97.2m，40～140架支架压力出现小幅度增长，约在34～40Mpa，如图6所示；11月21日早班接班停机后，压力并未出现明显的下降，直至14:00开机后，支架压力才恢复至30Mpa左右。

分析：根据上述图表数据，暂时基本可以判定工作面周期来压，周期来压步距为8m，持续来压8m。

根据以上方法，结合实际生产情况分析，生产过程中再次经历周期来压，周期来压步距为6.2m，持续来压4m。

因此根据数据分析，基本可以判定工作面周期来压步距为7.1m，持续来压6m。整体来看中部压力较大，机头、机尾压力比较弱，需加强中部架管理，提高初撑力，但支架末阻力基本上没有超过40兆帕的压力，说明本套支架完全符合顶板支护要求，减少煤壁片帮及冒顶隐患，确保顶板支护安全。

综上所述，基本可以确定101首采工作面初次来压步距82.2m，综合分析2017年11月份的所有压力数据及压力色谱分谱图分析，周期来压步距基本在6～8m范围内。

三、德国MARCO液压支架电液控制系统应用软件Xalz在隆德煤矿的实施效果

通过德国MARCO液压支架电液控制系统应用软件Xalz在隆德煤矿1-1煤101首采工作面的首次应用，主要通过对回采工作面支架压力进行在线监测记录，并分析矿压显现规律，研究初采期间工作面顶板活动规律，有效指导生产，该软件在隆德煤矿的应用有以下几方面优点：

1.应用软件Xalz可以实时监测每一台支架的压力情况，可全面反映出综采工作面支架的工作性能，论证支架设计参数是否合理，便于及时发现问题，及时解决问题。

2.电液控系统内自备一套应用软件Xalz，能实时显示压力分布色谱图，可持续不间断的掌握顶板动态，可随时在综采控制台、地面调度室进行实时显示，便于监测、维护。

3.应用软件Xalz将计算机监测技术、数据通讯技术和传感器技术合为一体，实现了复杂环境条件下采场矿山压力运移规律等的在线监测，对可能的顶板灾害进行预测预警。

4.德国MARCO液压支架电液控制系统应用软件Xalz系统运行比较稳定，不需要厂家派专人在现场维护，维护费用较低。

5.应用软件Xalz压力分布色谱图，可把每天的压力情况通过CAD软件连起来，使整个工作面压力直观、明了，便于顶板压力分析研究。

结论：

综上所述，隆德煤矿在厚风积沙浅埋深中厚煤层开采矿压技术的研究，准确掌握了初次来压及周期来压步距，了解的支架循环末阻力，有效的指导了现场生产，隆德公司后期将联合德国MARCO公司技术人员，结合矿井实际情况，大力推广应用，并推介到华电集团内部其它兄弟单位，实现效益最大化。

参考文献：

[1]毛叶陶.超高层建筑施工现场安全管理特点研究[J].建材与装饰,2018(21):153-154.