东采区10107综采工作面1月份矿压规律
支架适应性分析评价
文件名称
RPAnalysis系统
部 门
生产科
文件状态
[ ] 草稿 [ √ ] 正式发布 [ ] 正修改
编制
陈**
编制日期
201811
审核
贾**
审核日期
2018 11
生产矿长
柯**
审核日期
201811
总工程师
侯**
审核日期
201811
**卡矿业安全工程股份限公司
**科技学煤矿灾害监测工程技术研究中心
目录
1 工作面质开采技术条件 1
11 工作面位置开采范围 1
12 煤层特征 1
13 围岩特征 2
14 采煤方法回采工艺生产组织 2
2 矿压观测方案 3
21 矿压观测目 3
22 矿压监测设备选择 3
23 测点布置 3
24 分析求 4
3 工作面矿压运动规律分析评价 5
31 10107工作面需控岩层范围分类（级） 5
32 10107工作面顶板运动规律分析 8
4 工作面支架支护效果分析评价 9
41 支架合理支护强度求 9
42 支架合理支护强度计算值 10
43 支架工作阻力评价 10
5 支架适应性分析 23
51 现支架评价 16
52 支架选型原 17
53 支架选型 18
6 数值模拟 20
7 结 23
1 工作面质开采技术条件
11 工作面位置开采范围
10107工作面位 回坡底煤矿矿 +556水 东区采区工作面采煤层 10#煤该工作面正付两巷煤层走方布置正巷长度684m付巷长度513m切巷长度225
工作面布置图图11
图11 10107工作面位置巷道布置图
12 煤层特征
煤层
总厚
25m～27m
26m
煤层结构
复杂
煤层倾角
1°～6°
开采
煤层
10#
硬度
f09～11
煤种
气肥煤
稳定情况
稳定
煤层
情况
描述
10#煤层位石炭统太原组段部煤层光泽较亮亮煤组成属半亮型煤生裂隙较发育脆度较煤层结构复杂中部含0—1层夹矸夹矸岩性泥岩偶见炭质泥岩工作面煤层稳定采厚度变异较
13 围岩特征
工作面岩层柱状图1示
图1 10107工作面岩层柱状图
14 采煤方法回采工艺生产组织
工作面采 长臂采煤法属 单走长壁开采采高 26m采煤方式 综采顶板处理方式 垮落法
双滚筒采煤机双割煤工作面端部斜切进刀返次进两刀螺旋滚筒配合工作面刮板输送机铲煤板装煤刮板输送机运煤液压支架支护顶板全部垮落法处理采空区顶板综采工艺
工作面采液压支架支护支架名称 ZY720016532额定初撑力 308 Mpa额定工作阻力 438 MPa支护强度 086 MPa支架数量 151 架
2 矿压观测方案
21 矿压观测目
次矿压观测目研究目标：
（1）回坡底煤矿煤矿10107工作面特定生产技术质条件掌握工作面覆岩层运动规律工作面顶板理提供基础数
（2）分析顶板压特征包括压显现程度压步距压强度等
（3）分析支架支护效果工作状态分析支架顶底板适应性出改进建议
22 矿压监测设备选择
工作面支架载荷巷道矿山压力显现监测设备采**卡矿业安全股份限公司生产KJ653煤矿顶板动态监测系统该系统综采支架工作阻力巷道顶板离层锚杆锚索受力煤柱钻孔应力等矿山压力显现进行监测系统计算机监测技术数通讯技术传感器技术融体实现复杂环境条件采场矿山压力运移规律巷道顶板矿山压力显现等线监测顶板灾害进行预测预警
23 测点布置
1 利**卡顶板线监测系统生产技术部（采煤）负责理操作维护进行24h连续观测支架初撑力工作阻力综采面矿压观测测点布置图示
24 分析求
矿山压力分析包括两方面容分工作面综采支架矿山压力分析巷道矿山压力显现规律分析求：
1）通分析工作面初采支架工作阻力确定周期压强度压步距矿压显现强度
2）工作面矿山压力分析包括支架初撑力末阻力分析综采支架工作阻力分析整面支架压力分布支架载荷频度分析通综合分析确定支架顶梁载荷分布情况分析支架顶底板适应性采取针性顶板控制方案出顶板控制建议
3 工作面矿压运动规律分析评价
31 10107工作面需控岩层范围分类（级）
指导采煤工作面顶板理确定液压支架支护强度提高工作面安全程度减少顶板事降低成等根工作面质情况压步距工作面直接顶老顶进行分类
（1） 直接顶厚度
直接顶厚度公式：
式中：——直接顶厚度m
——采高m
——岩梁触矸处沉降值
——岩梁触矸处已落岩层碎胀系数
根10107工作面采高顶板岩层柱状图中岩层抗压强度厚度M碎胀系数KA判定该工作面直接顶厚度 33 m组成直接顶岩层层数 2
（2）基顶厚度
根 10107工作面采高顶板岩层柱状图中岩层抗压强度厚度M判定该工作面基顶厚度 127 m组成基顶岩层层数 2
研究中基顶厚度般认6~8倍采高范围具体采场柱状图判断通考察专家思维程量观测结果认判断基顶厚度11条知识具体运时知识形成推理网络逐滤直接顶岩层直推断出基顶厚度基顶厚度推断原：
①直接顶岩层开始判断岩层质量指数位岩层属等级两岩层分开运动
岩层质量指数划分岩层坏方法：≤025极坏025<≤05坏05<≤075般075<≤1>1极
②岩层质量指数等位岩层属等级两岩层组合运动
③岩层质量指数位岩层两岩层组合运动
④岩层（包括直接顶厚度）处6倍采高（6h）附层位超出6倍采高层位厚度足2m该岩层全厚度属基顶
⑤岩层（包括直接顶厚度）处6倍采高附层位超出6倍采高层位厚度2m岩层6倍采高附然分层整倍数分离成两部分部分属基顶部分属缓沉带基顶计算公式
Mz—直接顶厚度—已判断基顶厚度d—前岩层分层厚度z—直接顶层数i—基顶岩层层数
⑥直接顶岩层质量指数属极坏厚度超出6倍采高层位时8倍采高基顶厚度限否全厚度划入基顶
⑦岩层属等级位6倍采高层位该岩层属基顶
⑧岩层属极等级该岩层全厚度划入基顶
⑨两岩层分开运动属基顶两岩梁两岩层组合运动两岩层属基顶岩层
⑩分开运动岩层组数（6倍采高附层位）基顶岩梁数岩梁厚度基顶总厚度
般情况直接顶基顶厚度等6倍采高停止基顶判断
面详细介绍种情况基顶厚度推理路径：直接顶厚度层数zi基顶厚度推算第z层开始判断
（3）直接顶分类
根直接顶强度指数初次压步距该工作面直接顶属 1 类直接顶
该方案认：岩层抗压强度分层厚度d节理裂隙间距f影响直接顶三素岩层强度影响综合指标——强度指数描述：
式中：
C1—节理裂隙影响系数
C2—分层厚度影响系数
—岩层中岩石单抗压强度MPa
（4）基顶分级
根基顶初次压量该工作面基顶属 Ⅰ级基顶
基顶分级指标基顶初次压量（）值基顶初次压步距（）直接顶充填系数（N）煤层采高（hm）确定中：
32 10107工作面顶板运动规律分析
观测日期 2018年1月1日 2018年1月31日期间工作面推进距离110m
（1） 顶板压步距判断
工作面支架安装KJ653顶板动态监测系统实现数动进行处理分析出应支架初撑力循环末阻力画出支架工作阻力曲线图分析确定出工作面压时间压范围压力值压力持续时间进行统计工作面进行压预测
工作面周期压步距显著运动步距相稳定步距组成顶板周期压中顶板相稳定运动阶段结束显著运动阶段开始然该显著运动阶段结束相稳定运动阶段开始次循环直工作面结束
方法单监测部位处测线单位分析该监测部位处顶板运动规律然次压进行预测工作面监测部位分监测部位处进行预测然横监测部位预测值均求出均方差进尺均值该区域该面预测压时进尺求出进尺区间预测该区域该面压时进尺变化范围
该方法简单预测工作面压时进尺实际应中会定偏差方法运工作面支架选型合理工作面周期压时正常推进会出现顶板事需工作面顶板压时刻进行特精确预计
工作面推进方顶板会差异距工作面距离远时顶板运动步距该时段会明显根工作面顶板条件选取离工作面较次步距求均值均方差压进行预测
根液压支架工作阻力监测数顶板岩层强度工作面直接顶初次垮落步距 1264 m直接顶悬顶距 0m直接顶垮落方式 第12层时垮落
10107工作面基顶初次压步距 1846m端头基顶初次压步距均1582m中部基顶初次压步距均2182m端头基顶初次压步距均 162m整工作面基顶周期压步距157 0m均 285m均5天压次工作面端头周期压步距 165m 0m均 12m中部周期压步距 1535m 0m均132m端头周期压步距96m 0m均128m
（2）基顶压强度
动压系数反映基顶压强度根液压支架工作阻力监测数10107工作面动压系数 106压强度 缓
注：压强度缓（动压系数1~13间）压强度较强（动压系数13~17间）压强度剧烈（动压系数17）
4 工作面支架支护效果分析评价
41 支架合理支护强度求
1）支架初撑力工作阻力适应直接顶老顶岩层移动产生压力
2）支架结构支护特性适应保护暴露顶板完整性
3）支架底座适应底板岩石抗压强度
4）支架支撑高度采高煤层厚度相适应
5）支架安全性
42 支架合理支护强度计算值
根10107工作面基顶破断结构特征该工作面支架合理支护强度值43636KNm2该工作面支架强度 完全支撑住顶板
支护强度式计算
A计算：
直接顶悬顶距时
直接顶悬顶距时
式中：——分基顶厚度m容重（2500Kgm）初次压步距m
Lk—控顶距m
—直接顶容重（2500Kgm）
Mz—直接顶厚度m
Lz—直接顶初次压步距m
Ls—直接顶悬顶距m（述参数取值均确定）
KT称岩重分配系数取值受直接顶厚度采高N（）控制
43 支架工作阻力评价
根液压支架支护阻力监测结果该采煤工作面支架支护阻力强度进行评价
①支架初撑力评价
10107采煤工作面支架初撑力表2示初撑力实测值分布区间图图2示
表2 10107采煤工作面支架初撑力
项目
形式
柱
支架编号
支护阻力MPa
值
值
均值
初撑力P0
单柱
左柱
5
336
128
2567
15
358
117
2458
35
324
116
214
45
354
101
2117
55
338
101
2154
75
453
101
2459
85
364
108
2357
95
458
108
2305
105
364
108
2357
115
361
103
2159
125
321
155
2459
右柱
5
354
101
2117
15
338
101
2154
35
453
101
2459
45
364
108
2357
55
361
103
2159
75
321
155
2459
85
427
115
2472
95
35
103
2337
105
378
103
237
115
35
101
212
125
38
11
2499
均值
335
195
216
整架
5
4035
104
2349
15
3235
1005
2002
35
347
109
2299
45
3495
1045
2362
55
3485
1005
2203
75
2815
1535
2301
85
379
1135
2453
95
35
1015
2311
105
4085
104
2349
115
3235
1005
2002
125
347
109
2299
均值
343
1521
225
图2初撑力实测值分布区间图
整架讲初撑力均值 225MPa初撑力均值额定初撑力值 7365初撑力 343MPa初撑力值额定初撑力值 1124初撑力值占整支护阻力区间 098见支架初撑力 适中
②支架循环末工作阻力评价
10107采煤工作面循环末工作阻力表3示循环末工作阻力实测值分布区间图图3示
表3 10107采煤工作面支架循环末工作阻力
项目
形式
柱
支架编号
支护阻力MPa
值
值
均值
循环末工作阻力Pm
单柱
左柱
5
458
103
191
15
411
103
2508
35
404
155
288
45
47
117
2982
55
458
105
2801
75
303
108
2368
85
444
141
3259
95
458
11
2947
105
47
103
3339
115
336
117
2484
125
458
101
3046
右柱
5
404
101
2053
15
404
101
2496
35
47
122
3137
45
434
148
3032
55
366
101
253
75
465
133
3356
85
47
119
355
95
385
115
2835
105
404
126
3255
115
361
105
2769
125
42
136
2988
均值
3983
107
2978
整架
5
3665
1055
2323
15
4165
11
268
35
432
137
3071
45
4485
11
3008
55
386
103
2743
75
3675
163
2928
85
4145
116
3434
95
398
1015
2953
105
437
1075
3345
115
353
1085
269
125
4295
1125
2877
均值
394
175
283
图3循环末工作阻力实测值分区区间图
整架讲循环末工作阻力均值283Mpa循环末工作阻力均值额定工作阻力值6572循环末工作阻力394MPa循环末工作阻力值额定工作阻力值9093循环末工作阻力值占整支护阻力区间497见工作面 型号支架完全适合 支撑顶板
③时间加权均工作阻力评价
10107采煤工作面时间加权均工作阻力表4示时间加权均工作阻力实测值分布区间图图4示
表4 10107采煤工作面支架时间加权均工作阻力
项目
形式
柱
支架编号
支护阻力MPa
值
值
均值
时间加权均工作阻力Pt
单柱
左柱
5
3051
1001
1891
15
3498
1002
2319
35
3678
1457
2694
45
3674
104
2583
55
3579
1204
245
75
2486
1304
216
85
3454
1225
2932
95
3799
113
259
105
4564
1035
2803
115
3191
103
2196
125
3383
106
2623
右柱
5
3732
1016
2022
15
3835
1054
2317
35
4157
1234
287
45
4118
1131
2622
55
3494
1003
2275
75
3882
1214
2899
85
448
1211
294
95
34
1112
2571
105
3829
1071
2805
115
3456
1263
2519
125
3823
116
269
均值
3664
108
2465
整架
5
3392
1027
1947
15
3675
1023
2283
35
3924
1074
2645
45
4076
105
2462
55
3549
1056
2317
75
3198
125
2528
85
3962
103
2905
95
357
112
2561
105
4184
1007
2779
115
3309
1048
2344
125
3837
1125
2417
均值
3758
118
2512
图4时间加权均阻力实测值分布区间
整架讲时间加权均工作阻力均值2512MPa时间加权均工作阻力均值额定工作阻力值5627时间加权均工作阻力3758MPa时间加权均工作阻力值额定工作阻力值8366循环末工作阻力值占整支护阻力区间0见工作面ZY720016532型号支架支撑顶板较富裕
5 支架适应性分析
51 现支架评价
部分必须求户单位进行工作面液压支架支护阻力监测
根液压支架工作阻力监测数10107工作面压系数 106压强度 缓（缓较强剧烈）
支架初撑力 适中（偏低适中偏高满足求）支架支护阻力 完全适合（完全适合较富裕）支撑顶板 较富裕（富裕适合较富裕）
52 支架选型原
Ⅰ12 Ⅱ12顶板支架设计求
（12 代表12类直接顶ⅠⅡ代表ⅠⅡ级基顶）
• 利较高初撑力提高支架支撑效率确保工作面顶板移架早期移量移速度低提高梁端距空顶处顶板稳定性
• 利四连杆机构控制端面顶板选取双扭线佳段支架工作范围确保工作面端面附支架较强控制力
• 利伸缩梁旋转180°挑梁移架前采煤时支护刚刚暴露梁前顶板减少顶板早期破坏
• 利顶梁侧护板等护顶装置提高支架顶板封闭程度提高支架护顶力防止破碎岩块窜入回采空间影响生产威胁设备安全
• 利防片帮装置减少片帮深度面积提高煤壁稳定性
• 利完善挡矸装置防止采空区破碎岩块窜入回采空间确保利移架
• 利邻家操作保证移架工安全利灵活快速操作阀保证快速移架免移架引起顶底板移量顶板难控制
总12类直接顶Ⅰ Ⅱ 级基顶综采面具基顶压步距稳定强度缓支护阻力分布均匀直接顶特端面稳定受移架影响严重等矿压特点求支架初撑力搞控制端面顶板力强时支护护顶力强挡矸护帮装置齐全快速邻架操作移架
Ⅰ34 Ⅱ34顶板支架设计求
（注：ⅢⅣ代表ⅢⅣ级基顶34代表34类直接顶）
• 利较支撑力柱阻力高前柱确保支架具足够切顶力效付强烈基顶压
• 利四连杆机构增强抵抗水推理力防止支护毁坏
• 利连杆机构支架量减少梁端距
• 利掩护梁挡采空区矸石防止矸石窜入支护工作空间利侧护板防止架间窜矸漏矸
• 利流量安全阀确保支架受击载荷时少受损坏
• 总Ⅰ3·4Ⅱ3·4顶板综采工作面具基顶压步距强度高支护阻力分布均直接顶稳定支架易损坏等矿压特点求支架具支撑力抗水推力强切顶性支架安全阀流量等性
采高工作面支架设计求
保证采高支架移架时体运动稳定性掩护梁受垮落矸石水推力移架时顶梁掩护梁侧护板受摩擦阻力保证移架程中架体部出现滞现象外支架时掩护梁推力架体受指煤壁水推理阻止顶板采空区方变形移动推算采高4～45 m时掩护梁倾角应60°～65°足保证移架程中掩护梁矸石梁体滑掩护梁倾角17°～19°
两柱掩护支架柱窝位置顶梁前端部承载力影响影响端面落度重参数然柱窝前移利增加梁端承载力易衡千斤顶受力损坏直接顶属稳定中等稳定条件顶梁柱支柱前长度应1～15梁前端部700～800 KN㎡支护强度
衡千斤顶应足够工作阻力行程应认真考虑支柱根数布置支架处拉架状态时顶梁卸载掩护梁受载时衡千斤顶受拉顶梁仰角应操作千斤顶收回行程提起掩护梁支架循环开始时恢复良工作状态推算衡千斤顶工作阻力采高35～35 m时应700～750KN支架顶梁前端空顶梁掩护梁接直线状情况工作阻力较双衡千斤顶难改变支架成正常状态应掩护梁设置具足够强度机械限位装置限位时千斤顶25～30 mm行程
53 支架选型
软件前面直接顶分类基顶分级标准表确定适合工作面支架类型
适应等级顶板架型支护强速
根液压支架工作阻力监测数工作面选 掩护式支护高度范围 258m281m额定支护阻力 6029KPa支护强度 044MPa
符合条件支架：
支架型号
支架类型
支护强度
工作阻力
高度范围
生产厂家
ZY720016532
掩护式
068MPa
7200KN
165m32m
郑州煤机
ZY32001535
掩护式
071MPa
3200KN
15m35m
郑州煤机
ZY34001330
掩护式
051MPa
3400KN
13m3m
郑州煤机
ZY34001532
掩护式
069MPa
3400KN
15m32m
郑州煤机
ZY38001533
掩护式
062MPa
3800KN
15m33m
郑州煤机
ZY400017538
掩护式
07MPa
4000KN
175m38m
郑州煤机
ZY40001838
掩护式
07MPa
4000KN
18m38m
郑州煤机
ZY48001838
掩护式
081MPa
4800KN
18m35m
郑州煤机
ZY500014530
掩护式
08MPa
5000KN
145m3m
郑州煤机
ZY50001532
掩护式
085MPa
5000KN
15m32m
郑州煤机
ZY500016537
掩护式
085MPa
5000KN
165m37m
郑州煤机
ZY50001838
掩护式
08MPa
5000KN
18m38m
郑州煤机
ZY52001635
掩护式
084MPa
5200KN
16m35m
郑州煤机
ZY55001735
掩护式
085MPa
5500KN
17m35m
郑州煤机
ZY56001735
掩护式
083MPa
5600KN
17m35m
郑州煤机
ZY56002040
掩护式
098MPa
5600KN
2m4m
郑州煤机
ZY60001735
掩护式
092MPa
6000KN
17m35m
郑州煤机
ZY60001838
掩护式
085MPa
6000KN
18m38m
郑州煤机
ZY64001634
掩护式
095MPa
6400KN
16m34m
郑州煤机
6 数值模拟
（a）工作面开切眼状态示意图
（b）工作面推进 16m处状态示意图
—煤层—工作面推进方—开切眼
—液压支架—直接顶—老顶—老顶岩层—采空区
（c）工作面推进 3m处状态示意图
（d） 态示意图
（e）工作面推进45m处状态示意图
—煤层—工作面推进方—开切眼
—液压支架—直接顶—老顶—老顶岩层—采空区
（f）工作面推进 55m处状态示意图
（g）工作面推进 63m处状态示意图
（h）工作面推进 978m处状态示意图
—煤层—工作面推进方—开切眼
—液压支架—直接顶—老顶—老顶岩层—采空区
L0—老顶初次压步距C—老顶周期压步距
（i）工作面方岩层运动规律示意图
说明：煤层采高h直接顶老顶厚度分（15~2）h3h开切眼宽4m
工作面方直接顶硬度中等硬度Ⅱ等级属较软岩层Ⅲ等级范围工作面推进 132m时煤层方直接顶开始垮落开切眼算起工作面推 145m时出现老顶初次压工作面推进12m左右出现老顶周期压现象
7 结
次矿压监测选择回坡底煤矿煤矿10107中进行通10107矿压监测获该工作面直接顶基顶厚度类初次压步距周期压步距底板类支架适应性进行分析煤矿安全生产提供理出结：
（1）工作面直接顶泥岩9#煤等岩层组成厚度约33属1类直接顶基顶K2灰岩泥岩等岩层组成厚度约127属Ⅰ级基顶
（2）10107工作面基顶初次压步距1587m端头基顶初次压步距均1415m中部基顶初次压步距均1865m端头基顶初次压步距均 145m整工作面基顶周期压步距30m 23m均 265m均6天压次
工作面直接顶初次垮落步距5m18m悬顶距0m直接顶垮落方式第12层时垮落基顶初次压步距23m～30m均265m周期压步距6m～32m均19m压强度缓
（3）整架讲初撑力均值242MPa初撑力均值额定初撑力值1008循环末工作阻力均值343MPa工作面ZY720016532型号支架完全适合支撑顶板
（4）月工作面推进程中继续加强顶板压监测数收集工作掌握顶板压规律提前预测预报时加强支架初撑力理保证支架初撑力达标
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东采区10107综采工作面1月份矿压规律
支架适应性分析评价
文件名称
RPAnalysis系统
部 门
生产科
文件状态
[ ] 草稿 [ √ ] 正式发布 [ ] 正修改
编制
陈**
编制日期
201811
审核
贾**
审核日期
2018 11
生产矿长
柯**
审核日期
201811
总工程师
侯**
审核日期
201811
**卡矿业安全工程股份限公司
**科技学煤矿灾害监测工程技术研究中心
目录
1 工作面质开采技术条件 1
11 工作面位置开采范围 1
12 煤层特征 1
13 围岩特征 2
14 采煤方法回采工艺生产组织 2
2 矿压观测方案 3
21 矿压观测目 3
22 矿压监测设备选择 3
23 测点布置 3
24 分析求 4
3 工作面矿压运动规律分析评价 5
31 10107工作面需控岩层范围分类（级） 5
32 10107工作面顶板运动规律分析 8
4 工作面支架支护效果分析评价 9
41 支架合理支护强度求 9
42 支架合理支护强度计算值 10
43 支架工作阻力评价 10
5 支架适应性分析 23
51 现支架评价 16
52 支架选型原 17
53 支架选型 18
6 数值模拟 20
7 结 23
1 工作面质开采技术条件
11 工作面位置开采范围
10107工作面位 回坡底煤矿矿 +556水 东区采区工作面采煤层 10#煤该工作面正付两巷煤层走方布置正巷长度684m付巷长度513m切巷长度225
工作面布置图图11
图11 10107工作面位置巷道布置图
12 煤层特征
煤层
总厚
25m～27m
26m
煤层结构
复杂
煤层倾角
1°～6°
开采
煤层
10#
硬度
f09～11
煤种
气肥煤
稳定情况
稳定
煤层
情况
描述
10#煤层位石炭统太原组段部煤层光泽较亮亮煤组成属半亮型煤生裂隙较发育脆度较煤层结构复杂中部含0—1层夹矸夹矸岩性泥岩偶见炭质泥岩工作面煤层稳定采厚度变异较
13 围岩特征
工作面岩层柱状图1示
图1 10107工作面岩层柱状图
14 采煤方法回采工艺生产组织
工作面采 长臂采煤法属 单走长壁开采采高 26m采煤方式 综采顶板处理方式 垮落法
双滚筒采煤机双割煤工作面端部斜切进刀返次进两刀螺旋滚筒配合工作面刮板输送机铲煤板装煤刮板输送机运煤液压支架支护顶板全部垮落法处理采空区顶板综采工艺
工作面采液压支架支护支架名称 ZY720016532额定初撑力 308 Mpa额定工作阻力 438 MPa支护强度 086 MPa支架数量 151 架
2 矿压观测方案
21 矿压观测目
次矿压观测目研究目标：
（1）回坡底煤矿煤矿10107工作面特定生产技术质条件掌握工作面覆岩层运动规律工作面顶板理提供基础数
（2）分析顶板压特征包括压显现程度压步距压强度等
（3）分析支架支护效果工作状态分析支架顶底板适应性出改进建议
22 矿压监测设备选择
工作面支架载荷巷道矿山压力显现监测设备采**卡矿业安全股份限公司生产KJ653煤矿顶板动态监测系统该系统综采支架工作阻力巷道顶板离层锚杆锚索受力煤柱钻孔应力等矿山压力显现进行监测系统计算机监测技术数通讯技术传感器技术融体实现复杂环境条件采场矿山压力运移规律巷道顶板矿山压力显现等线监测顶板灾害进行预测预警
23 测点布置
1 利**卡顶板线监测系统生产技术部（采煤）负责理操作维护进行24h连续观测支架初撑力工作阻力综采面矿压观测测点布置图示
24 分析求
矿山压力分析包括两方面容分工作面综采支架矿山压力分析巷道矿山压力显现规律分析求：
1）通分析工作面初采支架工作阻力确定周期压强度压步距矿压显现强度
2）工作面矿山压力分析包括支架初撑力末阻力分析综采支架工作阻力分析整面支架压力分布支架载荷频度分析通综合分析确定支架顶梁载荷分布情况分析支架顶底板适应性采取针性顶板控制方案出顶板控制建议
3 工作面矿压运动规律分析评价
31 10107工作面需控岩层范围分类（级）
指导采煤工作面顶板理确定液压支架支护强度提高工作面安全程度减少顶板事降低成等根工作面质情况压步距工作面直接顶老顶进行分类
（1） 直接顶厚度
直接顶厚度公式：
式中：——直接顶厚度m
——采高m
——岩梁触矸处沉降值
——岩梁触矸处已落岩层碎胀系数
根10107工作面采高顶板岩层柱状图中岩层抗压强度厚度M碎胀系数KA判定该工作面直接顶厚度 33 m组成直接顶岩层层数 2
（2）基顶厚度
根 10107工作面采高顶板岩层柱状图中岩层抗压强度厚度M判定该工作面基顶厚度 127 m组成基顶岩层层数 2
研究中基顶厚度般认6~8倍采高范围具体采场柱状图判断通考察专家思维程量观测结果认判断基顶厚度11条知识具体运时知识形成推理网络逐滤直接顶岩层直推断出基顶厚度基顶厚度推断原：
①直接顶岩层开始判断岩层质量指数位岩层属等级两岩层分开运动
岩层质量指数划分岩层坏方法：≤025极坏025<≤05坏05<≤075般075<≤1>1极
②岩层质量指数等位岩层属等级两岩层组合运动
③岩层质量指数位岩层两岩层组合运动
④岩层（包括直接顶厚度）处6倍采高（6h）附层位超出6倍采高层位厚度足2m该岩层全厚度属基顶
⑤岩层（包括直接顶厚度）处6倍采高附层位超出6倍采高层位厚度2m岩层6倍采高附然分层整倍数分离成两部分部分属基顶部分属缓沉带基顶计算公式
Mz—直接顶厚度—已判断基顶厚度d—前岩层分层厚度z—直接顶层数i—基顶岩层层数
⑥直接顶岩层质量指数属极坏厚度超出6倍采高层位时8倍采高基顶厚度限否全厚度划入基顶
⑦岩层属等级位6倍采高层位该岩层属基顶
⑧岩层属极等级该岩层全厚度划入基顶
⑨两岩层分开运动属基顶两岩梁两岩层组合运动两岩层属基顶岩层
⑩分开运动岩层组数（6倍采高附层位）基顶岩梁数岩梁厚度基顶总厚度
般情况直接顶基顶厚度等6倍采高停止基顶判断
面详细介绍种情况基顶厚度推理路径：直接顶厚度层数zi基顶厚度推算第z层开始判断
（3）直接顶分类
根直接顶强度指数初次压步距该工作面直接顶属 1 类直接顶
该方案认：岩层抗压强度分层厚度d节理裂隙间距f影响直接顶三素岩层强度影响综合指标——强度指数描述：
式中：
C1—节理裂隙影响系数
C2—分层厚度影响系数
—岩层中岩石单抗压强度MPa
（4）基顶分级
根基顶初次压量该工作面基顶属 Ⅰ级基顶
基顶分级指标基顶初次压量（）值基顶初次压步距（）直接顶充填系数（N）煤层采高（hm）确定中：
32 10107工作面顶板运动规律分析
观测日期 2018年1月1日 2018年1月31日期间工作面推进距离110m
（1） 顶板压步距判断
工作面支架安装KJ653顶板动态监测系统实现数动进行处理分析出应支架初撑力循环末阻力画出支架工作阻力曲线图分析确定出工作面压时间压范围压力值压力持续时间进行统计工作面进行压预测
工作面周期压步距显著运动步距相稳定步距组成顶板周期压中顶板相稳定运动阶段结束显著运动阶段开始然该显著运动阶段结束相稳定运动阶段开始次循环直工作面结束
方法单监测部位处测线单位分析该监测部位处顶板运动规律然次压进行预测工作面监测部位分监测部位处进行预测然横监测部位预测值均求出均方差进尺均值该区域该面预测压时进尺求出进尺区间预测该区域该面压时进尺变化范围
该方法简单预测工作面压时进尺实际应中会定偏差方法运工作面支架选型合理工作面周期压时正常推进会出现顶板事需工作面顶板压时刻进行特精确预计
工作面推进方顶板会差异距工作面距离远时顶板运动步距该时段会明显根工作面顶板条件选取离工作面较次步距求均值均方差压进行预测
根液压支架工作阻力监测数顶板岩层强度工作面直接顶初次垮落步距 1264 m直接顶悬顶距 0m直接顶垮落方式 第12层时垮落
10107工作面基顶初次压步距 1846m端头基顶初次压步距均1582m中部基顶初次压步距均2182m端头基顶初次压步距均 162m整工作面基顶周期压步距157 0m均 285m均5天压次工作面端头周期压步距 165m 0m均 12m中部周期压步距 1535m 0m均132m端头周期压步距96m 0m均128m
（2）基顶压强度
动压系数反映基顶压强度根液压支架工作阻力监测数10107工作面动压系数 106压强度 缓
注：压强度缓（动压系数1~13间）压强度较强（动压系数13~17间）压强度剧烈（动压系数17）
4 工作面支架支护效果分析评价
41 支架合理支护强度求
1）支架初撑力工作阻力适应直接顶老顶岩层移动产生压力
2）支架结构支护特性适应保护暴露顶板完整性
3）支架底座适应底板岩石抗压强度
4）支架支撑高度采高煤层厚度相适应
5）支架安全性
42 支架合理支护强度计算值
根10107工作面基顶破断结构特征该工作面支架合理支护强度值43636KNm2该工作面支架强度 完全支撑住顶板
支护强度式计算
A计算：
直接顶悬顶距时
直接顶悬顶距时
式中：——分基顶厚度m容重（2500Kgm）初次压步距m
Lk—控顶距m
—直接顶容重（2500Kgm）
Mz—直接顶厚度m
Lz—直接顶初次压步距m
Ls—直接顶悬顶距m（述参数取值均确定）
KT称岩重分配系数取值受直接顶厚度采高N（）控制
43 支架工作阻力评价
根液压支架支护阻力监测结果该采煤工作面支架支护阻力强度进行评价
①支架初撑力评价
10107采煤工作面支架初撑力表2示初撑力实测值分布区间图图2示
表2 10107采煤工作面支架初撑力
项目
形式
柱
支架编号
支护阻力MPa
值
值
均值
初撑力P0
单柱
左柱
5
336
128
2567
15
358
117
2458
35
324
116
214
45
354
101
2117
55
338
101
2154
75
453
101
2459
85
364
108
2357
95
458
108
2305
105
364
108
2357
115
361
103
2159
125
321
155
2459
右柱
5
354
101
2117
15
338
101
2154
35
453
101
2459
45
364
108
2357
55
361
103
2159
75
321
155
2459
85
427
115
2472
95
35
103
2337
105
378
103
237
115
35
101
212
125
38
11
2499
均值
335
195
216
整架
5
4035
104
2349
15
3235
1005
2002
35
347
109
2299
45
3495
1045
2362
55
3485
1005
2203
75
2815
1535
2301
85
379
1135
2453
95
35
1015
2311
105
4085
104
2349
115
3235
1005
2002
125
347
109
2299
均值
343
1521
225
图2初撑力实测值分布区间图
整架讲初撑力均值 225MPa初撑力均值额定初撑力值 7365初撑力 343MPa初撑力值额定初撑力值 1124初撑力值占整支护阻力区间 098见支架初撑力 适中
②支架循环末工作阻力评价
10107采煤工作面循环末工作阻力表3示循环末工作阻力实测值分布区间图图3示
表3 10107采煤工作面支架循环末工作阻力
项目
形式
柱
支架编号
支护阻力MPa
值
值
均值
循环末工作阻力Pm
单柱
左柱
5
458
103
191
15
411
103
2508
35
404
155
288
45
47
117
2982
55
458
105
2801
75
303
108
2368
85
444
141
3259
95
458
11
2947
105
47
103
3339
115
336
117
2484
125
458
101
3046
右柱
5
404
101
2053
15
404
101
2496
35
47
122
3137
45
434
148
3032
55
366
101
253
75
465
133
3356
85
47
119
355
95
385
115
2835
105
404
126
3255
115
361
105
2769
125
42
136
2988
均值
3983
107
2978
整架
5
3665
1055
2323
15
4165
11
268
35
432
137
3071
45
4485
11
3008
55
386
103
2743
75
3675
163
2928
85
4145
116
3434
95
398
1015
2953
105
437
1075
3345
115
353
1085
269
125
4295
1125
2877
均值
394
175
283
图3循环末工作阻力实测值分区区间图
整架讲循环末工作阻力均值283Mpa循环末工作阻力均值额定工作阻力值6572循环末工作阻力394MPa循环末工作阻力值额定工作阻力值9093循环末工作阻力值占整支护阻力区间497见工作面 型号支架完全适合 支撑顶板
③时间加权均工作阻力评价
10107采煤工作面时间加权均工作阻力表4示时间加权均工作阻力实测值分布区间图图4示
表4 10107采煤工作面支架时间加权均工作阻力
项目
形式
柱
支架编号
支护阻力MPa
值
值
均值
时间加权均工作阻力Pt
单柱
左柱
5
3051
1001
1891
15
3498
1002
2319
35
3678
1457
2694
45
3674
104
2583
55
3579
1204
245
75
2486
1304
216
85
3454
1225
2932
95
3799
113
259
105
4564
1035
2803
115
3191
103
2196
125
3383
106
2623
右柱
5
3732
1016
2022
15
3835
1054
2317
35
4157
1234
287
45
4118
1131
2622
55
3494
1003
2275
75
3882
1214
2899
85
448
1211
294
95
34
1112
2571
105
3829
1071
2805
115
3456
1263
2519
125
3823
116
269
均值
3664
108
2465
整架
5
3392
1027
1947
15
3675
1023
2283
35
3924
1074
2645
45
4076
105
2462
55
3549
1056
2317
75
3198
125
2528
85
3962
103
2905
95
357
112
2561
105
4184
1007
2779
115
3309
1048
2344
125
3837
1125
2417
均值
3758
118
2512
图4时间加权均阻力实测值分布区间
整架讲时间加权均工作阻力均值2512MPa时间加权均工作阻力均值额定工作阻力值5627时间加权均工作阻力3758MPa时间加权均工作阻力值额定工作阻力值8366循环末工作阻力值占整支护阻力区间0见工作面ZY720016532型号支架支撑顶板较富裕
5 支架适应性分析
51 现支架评价
部分必须求户单位进行工作面液压支架支护阻力监测
根液压支架工作阻力监测数10107工作面压系数 106压强度 缓（缓较强剧烈）
支架初撑力 适中（偏低适中偏高满足求）支架支护阻力 完全适合（完全适合较富裕）支撑顶板 较富裕（富裕适合较富裕）
52 支架选型原
Ⅰ12 Ⅱ12顶板支架设计求
（12 代表12类直接顶ⅠⅡ代表ⅠⅡ级基顶）
• 利较高初撑力提高支架支撑效率确保工作面顶板移架早期移量移速度低提高梁端距空顶处顶板稳定性
• 利四连杆机构控制端面顶板选取双扭线佳段支架工作范围确保工作面端面附支架较强控制力
• 利伸缩梁旋转180°挑梁移架前采煤时支护刚刚暴露梁前顶板减少顶板早期破坏
• 利顶梁侧护板等护顶装置提高支架顶板封闭程度提高支架护顶力防止破碎岩块窜入回采空间影响生产威胁设备安全
• 利防片帮装置减少片帮深度面积提高煤壁稳定性
• 利完善挡矸装置防止采空区破碎岩块窜入回采空间确保利移架
• 利邻家操作保证移架工安全利灵活快速操作阀保证快速移架免移架引起顶底板移量顶板难控制
总12类直接顶Ⅰ Ⅱ 级基顶综采面具基顶压步距稳定强度缓支护阻力分布均匀直接顶特端面稳定受移架影响严重等矿压特点求支架初撑力搞控制端面顶板力强时支护护顶力强挡矸护帮装置齐全快速邻架操作移架
Ⅰ34 Ⅱ34顶板支架设计求
（注：ⅢⅣ代表ⅢⅣ级基顶34代表34类直接顶）
• 利较支撑力柱阻力高前柱确保支架具足够切顶力效付强烈基顶压
• 利四连杆机构增强抵抗水推理力防止支护毁坏
• 利连杆机构支架量减少梁端距
• 利掩护梁挡采空区矸石防止矸石窜入支护工作空间利侧护板防止架间窜矸漏矸
• 利流量安全阀确保支架受击载荷时少受损坏
• 总Ⅰ3·4Ⅱ3·4顶板综采工作面具基顶压步距强度高支护阻力分布均直接顶稳定支架易损坏等矿压特点求支架具支撑力抗水推力强切顶性支架安全阀流量等性
采高工作面支架设计求
保证采高支架移架时体运动稳定性掩护梁受垮落矸石水推力移架时顶梁掩护梁侧护板受摩擦阻力保证移架程中架体部出现滞现象外支架时掩护梁推力架体受指煤壁水推理阻止顶板采空区方变形移动推算采高4～45 m时掩护梁倾角应60°～65°足保证移架程中掩护梁矸石梁体滑掩护梁倾角17°～19°
两柱掩护支架柱窝位置顶梁前端部承载力影响影响端面落度重参数然柱窝前移利增加梁端承载力易衡千斤顶受力损坏直接顶属稳定中等稳定条件顶梁柱支柱前长度应1～15梁前端部700～800 KN㎡支护强度
衡千斤顶应足够工作阻力行程应认真考虑支柱根数布置支架处拉架状态时顶梁卸载掩护梁受载时衡千斤顶受拉顶梁仰角应操作千斤顶收回行程提起掩护梁支架循环开始时恢复良工作状态推算衡千斤顶工作阻力采高35～35 m时应700～750KN支架顶梁前端空顶梁掩护梁接直线状情况工作阻力较双衡千斤顶难改变支架成正常状态应掩护梁设置具足够强度机械限位装置限位时千斤顶25～30 mm行程
53 支架选型
软件前面直接顶分类基顶分级标准表确定适合工作面支架类型
适应等级顶板架型支护强速
根液压支架工作阻力监测数工作面选 掩护式支护高度范围 258m281m额定支护阻力 6029KPa支护强度 044MPa
符合条件支架：
支架型号
支架类型
支护强度
工作阻力
高度范围
生产厂家
ZY720016532
掩护式
068MPa
7200KN
165m32m
郑州煤机
ZY32001535
掩护式
071MPa
3200KN
15m35m
郑州煤机
ZY34001330
掩护式
051MPa
3400KN
13m3m
郑州煤机
ZY34001532
掩护式
069MPa
3400KN
15m32m
郑州煤机
ZY38001533
掩护式
062MPa
3800KN
15m33m
郑州煤机
ZY400017538
掩护式
07MPa
4000KN
175m38m
郑州煤机
ZY40001838
掩护式
07MPa
4000KN
18m38m
郑州煤机
ZY48001838
掩护式
081MPa
4800KN
18m35m
郑州煤机
ZY500014530
掩护式
08MPa
5000KN
145m3m
郑州煤机
ZY50001532
掩护式
085MPa
5000KN
15m32m
郑州煤机
ZY500016537
掩护式
085MPa
5000KN
165m37m
郑州煤机
ZY50001838
掩护式
08MPa
5000KN
18m38m
郑州煤机
ZY52001635
掩护式
084MPa
5200KN
16m35m
郑州煤机
ZY55001735
掩护式
085MPa
5500KN
17m35m
郑州煤机
ZY56001735
掩护式
083MPa
5600KN
17m35m
郑州煤机
ZY56002040
掩护式
098MPa
5600KN
2m4m
郑州煤机
ZY60001735
掩护式
092MPa
6000KN
17m35m
郑州煤机
ZY60001838
掩护式
085MPa
6000KN
18m38m
郑州煤机
ZY64001634
掩护式
095MPa
6400KN
16m34m
郑州煤机
6 数值模拟
（a）工作面开切眼状态示意图
（b）工作面推进 16m处状态示意图
—煤层—工作面推进方—开切眼
—液压支架—直接顶—老顶—老顶岩层—采空区
（c）工作面推进 3m处状态示意图
（d） 态示意图
（e）工作面推进45m处状态示意图
—煤层—工作面推进方—开切眼
—液压支架—直接顶—老顶—老顶岩层—采空区
（f）工作面推进 55m处状态示意图
（g）工作面推进 63m处状态示意图
（h）工作面推进 978m处状态示意图
—煤层—工作面推进方—开切眼
—液压支架—直接顶—老顶—老顶岩层—采空区
L0—老顶初次压步距C—老顶周期压步距
（i）工作面方岩层运动规律示意图
说明：煤层采高h直接顶老顶厚度分（15~2）h3h开切眼宽4m
工作面方直接顶硬度中等硬度Ⅱ等级属较软岩层Ⅲ等级范围工作面推进 132m时煤层方直接顶开始垮落开切眼算起工作面推 145m时出现老顶初次压工作面推进12m左右出现老顶周期压现象
7 结
次矿压监测选择回坡底煤矿煤矿10107中进行通10107矿压监测获该工作面直接顶基顶厚度类初次压步距周期压步距底板类支架适应性进行分析煤矿安全生产提供理出结：
（1）工作面直接顶泥岩9#煤等岩层组成厚度约33属1类直接顶基顶K2灰岩泥岩等岩层组成厚度约127属Ⅰ级基顶
（2）10107工作面基顶初次压步距1587m端头基顶初次压步距均1415m中部基顶初次压步距均1865m端头基顶初次压步距均 145m整工作面基顶周期压步距30m 23m均 265m均6天压次
工作面直接顶初次垮落步距5m18m悬顶距0m直接顶垮落方式第12层时垮落基顶初次压步距23m～30m均265m周期压步距6m～32m均19m压强度缓
（3）整架讲初撑力均值242MPa初撑力均值额定初撑力值1008循环末工作阻力均值343MPa工作面ZY720016532型号支架完全适合支撑顶板
（4）月工作面推进程中继续加强顶板压监测数收集工作掌握顶板压规律提前预测预报时加强支架初撑力理保证支架初撑力达标
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