波状厚煤层综放开采矿压显现规律分析.pdf

波状厚煤层综放开采矿压显现规律分析 郭辉， 方新秋， 张亮 中国矿业大学 矿业工程学院， 江苏 徐州 221116 摘要 通过对郭家河煤矿 1301 综放面进行现场矿压观测， 分析研究该综放面顶板覆岩运动特 征， 掌握其矿压显现规律， 对麟北煤田综放面矿压显现规律研究和确定合理支架工作阻力具有一 定的借鉴作用。 关键词 波状厚煤层; 矿压显现规律; 综放开采; 周期来压步距 中图分类号 TD32文献标志码 B 文章编号 1003 －496X 2012 05 －0160 －03 Analysis of the Strata － pressure Behavior of Fully Mechanized Caving Mining in Undulate and Thick Coal Seam GUO Hui， FANG Xin － qiu， ZHANG Liang School of Mines，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China Abstract Through carrying on the field strata control observation of 1301 fully mechanized caving face in Guojiahe coal mine，the movement characteristics of roof rock is analyzed，and the strata － pressure behavior is mastered too． There is certain reference in stud- ying strata － pressure behavior and determining reasonable working resistance of support on fully mechanized caving face of Linbei coal field． Key words undulate and thick coal seam; strata － pressure behavior; fully mechanized caving mining; periodic weighting length 11301 综放工作面概况 1． 1工程地质 郭家河煤矿为麟北煤田第一个新建矿井， 地质 条件复杂， 以发育宽缓的褶曲构造为主， 煤系地层缓 波状起伏。3煤层为厚煤层， 厚度 1． 20 ～27． 75 m， 平均厚度 12． 80 m， 煤层埋藏较深， 煤层厚度大且厚 度变化也较大。3煤层伪顶厚度薄， 稳定性差， 随着 煤层开采而冒落， 属不稳定岩体。直接顶砂泥岩呈 互层状产出， 属稳定性较差的岩体; 基本顶砂岩一般 为中等稳定岩体。伪底主要为泥岩、 炭质泥岩及粉 砂质泥岩、 砂质泥岩， 厚度一般 0． 5 m 左右; 直接底 砂泥岩及铝质泥岩普遍发育， 其厚度一般 ＜5 m， 煤 层底板砂质泥岩、 铝质泥岩及粉砂岩， 为稳定性较差 岩体。 1． 2生产技术条件 1301 综放工作面为首采工作面， 工作面长度为 235 m， 走向长度 947 m， 工作面标高为 695 ～ 825 m， 煤层厚1． 6 ～16． 2 m， 平均厚度 10． 9 m， 煤层 倾角 3 ～18， 平均 10。1301 综放工作面采用倾斜 长壁后退式全部垮落综合机械化放顶采煤法， 工作 面选用 ZFG12000/26． 5/38 型、 ZF12000/25/38 型和 ZT20000/25/38 型液压支架共 134 台。 2矿压观测方案 2． 1矿压观测目的 通过对郭家河煤矿 1301 综放工作面及回采巷 道进行矿压观测研究， 达到如下目标 掌握 1301 综 放工作面矿压显现规律; 确定回采巷道围岩变形规 律; 确定综放面超前影响范围; 分析回采巷道原支护 方案合理性， 为原有支护方案进行优化或重新设计 提供可靠依据。 2． 2工作面矿压观测方案 1301 综放工作面内设计 3 个测区 17 条观测 线， 其中测区 I 布置 5 条观测线， 对应支架分别为 3、 11、 19、 27、 35; 测区 II 布置 6 条观测线， 对应 支架分别为 43、 51、 59、 67、 75、 83; 测区 III 布置 6 条观测线， 对应支架分别为 91、 99、 107、 115、 123、 130; 观测线上的液压支架均采用 KJ216 煤矿 顶板动态监测系统中的综采支架工作阻力监测子系 统进行实时在线监测。 2． 3回采巷道矿压观测方案 根据综放面回采情况， 分别在 1301 综放工作面 回风顺槽和胶带顺槽内布设 7 条测线， 测线距工作 061 第 43 卷第 5 期分析探讨 面为 15、 25、 40、 50、 70、 80 和 100 m， 编号分布对应 为测线1、 测线2、 测线3、 测线4、 测线5、 测线6 和测 线 7。 3综放面矿压显现规律 按照 1301 综放工作面观测站的布置， 将其划分 为上部 130、 123、 115、 107、 99、 91 、 中部 83、 75、 67、 59、 51、 43 和下部 35、 27、 19、 11、 3 3 个区段， 通过对现场观测的矿压数据进行分析处 理， 并绘制支架载荷分布曲线图， 进而确定 1301 综 放工作面矿压显现规律。 3． 1综放面周期来压规律确定 为了研究 1301 综放工作面支架的支护能力和 周期来压规律， 对综放面每天支架载荷均值进行分 析并绘制了综放面支架的 p － L 特征曲线， 如图 1、 图 2。 图 1 1301 综放面各测区支架的 p － L 变化曲线 图 2 1301 综放工作面整面支架的 p － L 变化曲线 表 1 1301 综放工作面周期来压规律分析表 来压名称 来压步距 均值/m 来压期间 均值/MPa 平时压力 均值/MPa 动载 系数 第一次周期来压025．422．61．12 第二次周期来压18．123．819．01．26 第三次周期来压14．722．819．51．17 第四次周期来压17．620．315．4 根据图 1、 图 2 和表 1 中数据分析， 可以看出 1301 综放工作面周期来压步距均值为 16． 8 m， 综放 面在非来压期间煤壁及顶板较稳定， 而来压时煤壁 片帮和顶板破碎较为严重。基本顶来压期间， 顶煤 较破碎， 放煤比较完全， 且动载系数在 1． 2 左右， 使 得综放面支架载荷变化很难被察觉， 同时也说明基 本顶的失稳对综放面影响程度减弱。 结合表 1 中的数据分析和图 3 煤层倾角随综放 面回采变化曲线， 可以看出 在 9 月 28 日 － 10 月 4 日期间， 煤层倾角逐渐变小， 综放面煤层及顶板呈 “凸” 状， 对顶板的破断具有一定程度的影响， 导致 周期来压步距相对较大， 实测来压步距均值为 18． 1 m; 在 10 月 4 日 －8 日期间， 煤层倾角逐渐变大， 综 放工作面煤层及顶板呈“凹” 状， 对顶板的破断也具 有一定程度的影响， 导致周期来压步距相对较小， 实 测来压步距均值为 14． 7 m; 在 10 月 8 日 － 14 日期 间， 煤层倾角变化不大， 综放工作面煤层与顶板呈近 水平状， 来压步距受煤层倾角变化影响不大， 实测来 压步距均值为 17． 6 m。由此可以看出， 波状煤层在 回采过程中由于顶板断裂受到煤层倾角起伏变化的 影响， 导致周期来压步距会在一定范围内波动。 图 3煤层倾角随综放工作面回采变化曲线 3． 2综放面支架载荷分布 随着综放面的推进， 每个循环内支架的工作阻 力大小会因支架操作质量、 煤岩赋存条件、 顶板动态 变化及控顶效果的影响而不同， 并且在综放面的不 同部位阻力的大小也有差异， 因此综放面支架载荷 的分布在一定程度上反映了顶板压力大小、 支护效 能的发挥程度以及支架的适应性。 结合图 4 可知， 综放面整面支架阻力普遍相对 较小， 支架工作阻力未能得到充分发挥， 因此应加强 综放面支护质量管理， 在综放面回采过程中应加强 支架初撑力的管理， 及时调节支架的受力状态， 以此 保证综放面支架的正常运行。 图 4 1301 综放工作面整面支架载荷频率分布 161 分析探讨 2012 －05 3． 3综放面沿倾向压力分布 受煤层倾角、 回采工艺、 煤岩赋存条件、 顶板动 态、 支护质量及开采边界条件等因素的影响， 综放面 沿倾向顶板压力会有所不同。根据实测数据分析得 到综放面在周期来压期间和非周期来压期间沿倾向 支架载荷分布变化如图 5。 图 5 1301 综放工作面沿倾向支架载荷分布 从图 5 中可以看出 1301 综放工作面顶板压力 沿倾向由中部向两侧呈下降趋势， 综放面下部和中 部支架载荷相近， 且下部和中部支架载荷比上部略 大， 但整体上都未能达到支架额定工作阻力， 这是由 于综放面在顶煤放出后， 在工作面上方形成较大的 空间， 而直接顶跨落后堆积的矸石刚度较小， 且不能 对支架后方的采空区充分填充所致。因此须加强对 综放面整体顶板控制， 提高支架初撑力， 增强支架控 顶效果。 3． 4综放面超前影响范围确定 通过对 1301 综放工作面回采巷道围岩移近量 连续实测， 并对观测数据进行分析整理， 研究综放工 作面在回采过程中对回采巷道的超前影响范围。按 照在 1301 综放工作面回采巷道观测站的布置， 对现 场实测围岩移近量数据分析处理， 并绘制距综放面 不同距离处的围岩移近速度变化曲线图， 如图 6、 图 7， 确定综放面超前影响范围。 图 6 1301 综放工作面回采巷道顶底板移近 速度变化曲线 结合图 6、 图 7 中数据分析可以看出 在 1301 综放工作面前方 10 ～20 m 范围内巷道受采动影响 剧烈， 巷道围岩收敛速度最大; 回采巷道顶底板围岩 表面收敛速度在综放工作面推到7 m 范围内时达到 图 71301 综放工作面回采巷道两帮移近速度变化曲线 峰值， 两帮围岩表面收敛速度在综放工作面推进到 12 m 范围内时达到峰值; 综放面在回采过程中对回 风巷超前影响范围达到 42 m， 对胶带巷超前影响范 围达到 48 m。 4结论 1 波状煤层在回采过程中由于顶板断裂受到 煤层倾角起伏变化的影响， 导致周期来压步距会在 一定范围内波动， 1301 综放工作面周期来压步距约 为 16． 8 m， 动载系数 1． 18， 属周期来压显现强度较 小的综放工作面。 2 1301 综放工作面支架额定工作阻力约 42． 5 MPa， 其工作载荷均值为 19． 9 MPa， 为额定载荷的 46． 8， 可以确定综放面支架的选型能充分满足生 产的要求， 但支架工作阻力利用率比较低。 3 1301 综放工作面支架载荷沿倾向由中部向 两侧呈下降趋势， 整体上都未能达到支架额定工作 阻力， 应加强支架初撑力的管理， 及时调节支架的受 力状态， 确保支架保持良好的运行状态。 4 1301 综放工作面胶带巷超前影响范围达到 48 m， 回风巷超前影响范围达到 42 m， 因此应加强 回采巷道超前支护工作， 及时调节支柱工作阻力， 确 保回采巷道保持较好的运行状态。 作者简介 郭辉 1987 － ， 男， 安徽亳州人， 中国矿业 大学在读硕士研究生， 研究方向是采场矿山压力与岩层控制 技术。 收稿日期 2011 －11 －02 责任编辑 梁绍权 261 第 43 卷第 5 期分析探讨