庞庞塔矿9-700综放工作面上覆岩层“三带”发育情况探究_张飞.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1工程概况 霍州煤电集团公司庞庞塔矿的 9- 700 综放工作 面位于 9 煤七采区南翼 0 工作面，工作面走向长 2394m， 倾斜长 232m， 埋深约为 370m， 综放工作面 所采煤层厚度为 9m～13.55m， 平均 11.8m， 属于特厚 煤层。 煤层倾角 4～24， 平均 14， 综合考虑高效、 经济等多方面因素， 采用单一走向长壁采煤法， 工作 面采煤高度为 3.2m， 放煤高度为 8.6m， 1 2.69 的采放 比， 滚筒 0.8m的截深， 及时支护， 单轮顺序放煤。 工作 面沿底板推进， 不留底煤， 以 9 煤层第二层夹矸为底 顶板。顶底板岩性、 厚度等特性见表 1。 9- 700 综放工作面北边为回风立井工业广场保 护煤柱和工业广场，西边是实体煤，东边相邻的是 9- 702 综放工作面的采空区，南部为村庄保安煤柱。 9 与 5 煤层层间距约为 55m， 9- 700 工作面上部为 正在开采的 5 上 - 110 工作面及 5 上 - 112 工作面 （开采年限 1968 年 - 2007 年） 以及一些原老矿采空 区。 由于层间距较近， 属于近距离煤层， 9- 700 工作面 的顶板不仅受到该工作面的采动影响， 同时也经受了 5 煤层开采对底板的扰动，故在 9- 700 工作面推进 过程中， 顶板来压及液压支架的荷载很可能出现较大 异常， 故现在紧密的监测周期来压的特性和液压支架 的工作情况， 来保证开采活动的安全高效的进行。 表 1煤层顶底板特征表 2矿压观测分析 庞庞塔矿 9-700 综放工作面上覆岩层 “三带” 发育情况探究 张飞 （霍州煤电集团有限责任公司团柏煤矿 ，山西 霍州 031414 ） 摘要 霍州煤电集团公司庞庞塔矿的 9-700 综放工作面推进过程中连续多台液压支架出现泄压失 效的问题， 影响工作面的正常生产， 现采取现场矿压观测、 理论计算、 窥视孔观测等方法研究其上覆岩 层 “三带” 高度的发育情况， 通过比较现场实测和理论计算的结果， 验证了经验公式的有效性， 并得知 9-700 综放工作面开采时层间岩层基本上与 5 煤层老矿采空区贯通， 指出工作面推进过程中应密切 注意的问题， 也为解决液压支架失效问题指明了方向。 关键词 周期来压 ； 特厚煤层 ； 窥视孔 综放工作面； 中图分类号 TD325.2文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0186-03 Study on the development of “three belts“ of overburden strata on working face of pengpang coal mine 9-700 ZHANGFei （Huozhou coal and Power Corporation Refco Group Ltd Tubo coal mine , Shanxi Huozhou 031414） Abstract Huo zhou coal mine group company PangPang tower 9-700 fully-mechanized working face in the process of continuous pres- sure failure problems many sets of hydraulic support, affect the normal production of working face, now take the mine pressure observa- tion, theoretical calculation, peephole observation to study the overburden height of “three zones“ of the development situation, through comparing the results of field measurement and theoretical calculation, to verify the effectiveness of the empirical ula, and learned that 9-700 fully-mechanized caving mining layer between layers is essentially the same 5 coal seam in old mined-out areas, points out problems that should pay close attention to in the process of working face advancing,It also points out the direction to solve the problem of hydraulic support failure. Keywords periodic pressure ; Extra thick coal seam ; Peep hole ； fully mechanized caving face; 顶底板 名称 顶底岩性 厚度 m 岩性特征 硬度 （f ） 老顶砂岩8.71 灰黑色砂质泥岩， 薄层状， 夹粉砂岩条带， 半坚硬， 含植物碎屑化石。 5 直接顶泥质灰岩6.69 灰色， 性脆， 钙质不均， 不规则裂隙及斜交 裂隙发育， 大部分充填方解石， 含贝壳等 动物化石； 分布不均， 夹泥灰岩薄层。 7 伪顶炭质灰岩0.5 黑色炭质泥岩、 加亮型条带， 比重小、 半坚 硬， 性脆， 中部夹有少量黑色、 半亮型煤。 1 直接底泥岩1.89灰色泥岩， 含铝质， 具滑面， 有滑感， 块状。3 老底细粒砂岩2.0 浅灰色细粒砂岩， 中厚层状， 石英、 岩屑为 主， 分选中等， 泥质等胶结， 坚硬及半坚 硬， 脉状层理， 斜交裂隙发育， 未充填。 5 186 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 9- 700 工作面东侧为 9- 702 工作面的采空区时， 工作面顶板存在有规律的大小周期来压现象， 但是当 工作面推进至 9- 702 工作面主辅回撤通道间煤柱时 周期来压步距出现异常， 具体表现为大周期来压步距 大约为 45m， 小周期来压步距大约为 13m， 大周期来 压导致 40～120 号液压支架安全阀全部开启， 中部液 压支架的工作阻力最大可达 11680kN， 一些液压支架 的动载系数达到 2.0。此外还有没有规律性的小周期 来压， 来压区域分为工作面上部和下部， 来压时部分 支架安全阀连续开启。随着工作面的推进至距主辅 回撤通道煤柱 200 m 以内时， 大小周期来压频率均 有一定程度上的增加， 具体情况如图 1， 图中绿色代 表大周期来压， 红色表示小周期来压。来压期间顶 板活动剧烈，液压支架活柱下缩量达到 650mm， 支 架安全阀的频繁开启， 给工作面的顶板管理造成很 大麻烦。 为了更好的控制 9- 700 工作面的顶板， 解决液压 支架安全阀频繁开启失效的问题， 首先需要解决上覆 岩层 “三带” 高度的划分问题， 而且 “三带” 高度的准确 判定是 “三下” 安全采煤设计、 上邻近层瓦斯抽放技术 以及覆岩离层充填技术实施和研究的基础 ［1-2 ］。 图 1顶板周期来压示意图 3理论计算 目前普遍用于煤层上覆岩层 “三带” 高度计算的 是 “三下” 采煤规程 的经验公式。 但是顶板覆岩为中 硬岩层并采用综放开采时该公式就不适用。9 煤层 的平均厚度为 11.8m， 属于特厚煤层， 并且由 9 煤层 的顶底板岩性特征表可知煤层的直接顶和老顶分别 为泥质灰岩和砂岩， 为中硬岩层， 故不能采用 “三下” 采煤规程 的经验公式。厚煤层分层开采方法的经验 公式具体计算如下[3] 破碎冒落带高度经验计算公式为 Hm 100∑M 4.7∑M19 2.2（1 ） 式中 ∑M为煤层总厚， m。 导水裂隙带高度计算公式为 H li 100∑M 1.6∑M3.6 5.6（2 ） 将霍州煤电集团公司辛置煤矿范围内煤层数据 分别带入式 （1 ） 、（2 ） 计算可以得知上覆岩层的破碎冒 落带的高度为 13.65～18.01m，裂隙带的高度为 46.89～58.09m. 现在研究的 9- 700 工作面， 属于特厚煤层综放工 作面， 加上 5 煤层采动的影响，“三带” 发育的程度明 显比普通分层要大， 这时明显就不能采用特厚煤层分 层开采的计算公式， 具体计算可以用以下经验公式来 计算覆岩 “三带” 的高度。 破碎冒落带高度计算公式为 Hm 100∑M 0.49∑M19.12 4.71（3 ） 导水裂隙带高度计算公式为 H li 100∑M 0.026∑M6.88 11.49（4 ） 将 9 煤层的数据带入式 （3 ） 、（4 ） 可以计算得到 9 煤 层 9- 700 工 作 面 上 覆 岩 层 的 冒 落 高 度 为 42.68～52.10m， 导水裂隙带高度为 106.7～129.68 m。 开采范围内由裂隙带顶端至地表所以岩层全部 为弯曲下沉带，弯曲下沉带高度计算的经验公式如 下 HhcH- H li - Hm（5 ） 式中 Hhc为弯曲下沉带高度； H 为工作面所在煤 层的平均埋深； H li 为裂隙带高度； Hm为破碎冒落带 高， 单位均为 m。 9 上部为 5 煤层， 层间距为 55m 左右， 并且一 些区域已经开采完成， 9- 700 综放工作面上部为正在 开采的 5 上 - 110 工作面和 5 上 - 112 工作面（开采 年限 1968 年 - 2007 年 ） 以及一些原老矿采空区， 工作 面上覆岩层已经不是原始的赋存状态， 因此在计算工 作面上覆岩层的三带高度时这些经验公式的精确性 令人质疑。 4现场实测覆层裂隙 想要准确获取 9 煤层上覆岩层 “三带” 的发育情 况， 最可靠的方式是采用观测孔实地测量， 现设计采 用观测孔进行测量， 观测孔的位置、 长度、 倾角等特征 如图 2。观测孔布置在 9- 700 工作的运输顺槽， 3 个 观测孔倾角分别为 40、 45、 50， 长度均为 80m， 终孔位置距离 9 煤层顶板的垂直距离分别为 51.42、 56.57、 61.28m。用 CXK6 矿用本安型钻孔成像仪观测 在 9- 700 综放工作面开采前后岩层的裂隙发展状况， 观测岩层异常变动的层位， 由此得出霍州煤电集团公 187 ChaoXing （上接第 185 页 ） 参考文献 [1] 郝殿,李学臣,张清田.地面钻井压裂区域瓦斯赋存影响规 律及应用研究[J].煤矿安全,2018,49 （04） 121- 123127. [2] 刘振明,年军,吕晓波等.斜沟煤矿高位钻孔合理终孔位置 模 拟 与 试 验 研 究 [J]. 煤 炭 科 学 技 术 ,2018,46（05） 120- 124129. [3] 童碧,许超,刘飞等.淮南矿区瓦斯抽采中以孔代巷技术研 究与工程实践[J].煤炭科学技术,2018,46 （04） 33- 39. 作者简介 李伟 （1987.08.15-） ， 男， 汉族， 山西长治沁源人， 本科， 2015 年毕业于太原理工采矿工程专业， 助理工程师。现任职 于霍州煤电晋南煤业公司通风处。 （收稿日期 2018- 10- 12） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 司辛置煤矿 9- 700 综放工作面上覆岩层 “三带” 的具 体发育情况[4]。 图 2观测孔布置示意 3 个观测孔超前工作面 60m成孔， 采前位置指的 是当工作面距观测孔 20m 以上时观测裂隙密集区的 位置， 采后位置指的是工作面推进至距观测孔距离不 足 8m时进行观测。9- 700 综放工作面开切眼后工作 面每推进 1.6m （两刀 ） 观测一次数据， 稳定后没 10 天 或者 15 天测一次数据， 得到的数据详细记录在册。 观 测得到的各个观测孔彩前、 采后钻孔内裂隙密集区距 离 9 煤层顶板的垂直距离汇总详情见表 2。 表 2覆岩裂隙密集区统计情况 通过窥视仪的图像得知不同钻孔中裂隙、 裂缝密 集区位置， 然后从横向和纵向两个方向来分析上覆岩 层的演化规律， 从 3 个窥视孔得到的监测数据可以得 知;工作面的开采不仅使裂隙的数量增多， 也使裂隙 带的范围在一定程度增大。 在开采前 9 煤层上覆围岩裂隙密集区大概在 42m 左右， 工作面推进至钻孔附近时， 裂隙密集区发 育至 48.5m左右， 裂隙密集区在各个方向上都形成了 大量的裂隙和裂缝， 具有完整的裂隙面， 可以将其认 定为冒落带的边界，故开采后冒落带高度大约为 48.5m， 此时采用 “三下” 采煤规程 中的公式计算出 的结果 （13.65～18.01m明显偏小， 用经验公式计算的 结果 （42.68～52.10m ） 就与实际情况特别接近， 证明该 经验公式在估算特厚煤层综放工作面采场“三带” 的 发育高度时取得良好的效果。此外， 由于 9 与 5 煤 层间距为 55m， 属于近距离煤层， 冒落带高度很接近 层间岩层的厚度， 因此当工作面推进至上部为老矿采 空区时， 必须密切的关注液压支架的动向， 或者采用 安全系数更大的液压支架， 保证工作面的正常生产。 5结论 1 ）通过现场顶板周期来压状况的观测，掌握顶 板周期来压的规律， 为开采工艺、 设备的优化提供参 考依据。 2 ） 理论计算了 9- 700 综放工作面上覆岩层“三 带” 高度的发育情况， 并应用现场窥视实地测量了上 覆岩层的冒落带高度， 验证了经验公式的有效性。 3 ） 9- 700 综放工作面，由于上覆岩层的复杂特 征， 在推进过程中必须适当的增大液压支架的工作阻 力， 不能单纯的考虑层间岩层的冒落， 为进一步解决 液压支架失效的问题指明了方向。 参考文献 [1] 李国辉， 毕建乙.斜沟煤矿综放开采覆岩 “三带” 发育高度 研究 ［J］ .能源技术与管理， 2017,46 （6） 59- 61. [2] 杨鹏.采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究 ［J］ . 煤炭科学技术， 2014， 42 （8） 121- 124. 作者简介 张飞 （1988.07-） ， 男， 汉族， 山西襄汾人， 本科， 2016 年毕 业于太原理工大学安全工程专业， 助理工程师。现任职于霍 州煤电集团有限责任公司团柏煤矿安全科技术员。 （收稿日期 2018- 10- 9） 钻孔编号 钻孔垂直高度 /m 钻孔倾角 / 裂隙密集区与顶板垂直距离 /m 采前采后 161.285042.35～42.3648.69～49.23 256.574542.01～42.8947.96～49.02 351.424041.98～42.8548.02～49.04 188 ChaoXing