石拉乌素煤矿2- 2 -sub-上-_sub-201 首采工作面矿压规律研究_张云宁.pdf

5结论 通过对曙光煤矿 585 水平中央水泵房进行现 场调研， 掌握硐室表面破坏情况， 采用 ZKXG30 矿 用本安型钻孔轨迹检测装置对硐室围岩进行钻孔 窥视， 整理得到硐室深部围岩 的破坏情况， 据此提 出层次注浆 高强稳定型锚梁网索修复加固技术， 根据中央水泵房具体的围岩条件确定详细支护参 数， 现场应用后进行矿压监测， 顶板板移近量稳定 在 70mm 以下， 两帮移近量稳定在 40mm 以下， 硐室 围岩变形及顶板深部岩层离层现场得到有效的控 制， 所设计的返修加固方案应用效果良好。 参考文献 [1] 梁苗,王辉,张磊,褚海艳.松软破碎岩层大断面硐室定位注 浆加固技术研究[J].煤炭工程,2020,52 （02） 38- 41. [2] 陈力慧,郭江峰.复杂条件下大断面水泵房硐室注浆与锚 固加固技术实践[J].价值工程,2019,38 （06） 93- 95. [3] 蒋华,谢冬冬.强采动应力影响下大断面硐室围岩结构变 形破坏机理及控制[J].煤矿安全,2018,49 （04） 136- 139. [4] 程燕学.大断面硐室锚喷注联合支护技术[J].煤炭科学技 术,2016,44 （02） 128- 132. 作者简介 梁斌 （1983-） ， 男， 山西省阳泉市人， 2012 年 1 月毕业于太 原理工大学采矿工程专业， 工程师， 现从事煤矿生产技术工作。 （收稿日期 2020- 4- 26） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 1首采工作面及两顺槽概况 1.1工作面位置 2- 2上201 工作面位于 222 盘区西部，是石拉乌 素煤矿回采的第一个综采工作面。 该工作面西部为设 计的 2- 2 上201A 综采工作面 （未回采） ，南部到 DP53H 油气井保护煤柱停采，北部为切眼沿吉祥福 慧寺保护煤柱边界布置， 东部为设计的 2- 2上202 综 石拉乌素煤矿 2- 2 上201 首采工作面矿压规律研究 张云宁 ， 杜廷斌 ， 宋先峰 （兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院分公司 ， 山东 济南 250000 ） 摘要为掌握石拉乌素煤矿首采工作面顶板活动规律及矿压显现特征和两顺槽超前支承压力影响 范围及强度， 通过实施 2- 2上201 工作面及两顺槽矿压观测专项方案， 自工作面推进开始进行了连续 矿压观测， 取得了大量的观测数据， 对观测数据进行分析后初步获得首采工作面顶板运动规律， 为工 作面顶板管理和顺槽超前支护提供技术参考依据，同时也为矿井开采相邻工作面矿压观测和矿压规 律研究积累经验。 关键词 首采工作面 ； 工作阻力 ； 矿压规律 ； 来压步距 中图分类号 TD323文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0055- 04 Study on pressure law of 201 first mining face in 2-2 of Shilawusu Coal Mine ZHANGYunning， DU Tingbin , SONG Xianfeng （Yanzhou Coal IndustryCo., Ltd. Jinan Coal Science and TechnologyResearch Institute Branch , Jinan 250000 , China） Abstract In order to grasp the roof movement lawand the appearance pressure characteristics of the first mining working face in Shilawusu Coal Mine and the influence range and intensityofthe advance bearingpressure ofthe two- slot trough, through the implementation ofthe spe- cial observation of the 20- second work face and the two- slot trough pressure The plan, continuous mining pressure observations have been carried out since the advancement ofthe working face, and a large amount ofobservation data has been obtained. After analyzing the observa- tion data, the roof movement law of the first mining face is initially obtained, providing a technical reference for the roof management of the workingface and advanced support along the groove Based on this, it also accumulates experience for the observation ofunderground pressure and the studyofthe lawofunderground pressure at the adjacent workingface ofthe mine. Key words first miningface ; workingresistance ; pressure law; pressure step 55 ChaoXing 煤 层 顶、 底 板 情 况 名称岩石名称厚度 （m ）岩性特征 老顶粉细砂岩 7.93～37.32 21.43 灰白色， 波状层理， 以石英、 长 石为主，含云母及暗色矿物， 泥质胶结， 岩性坚硬， f3.5。 伪顶泥岩 0～7.39 1.22 灰色， 水平层理， 含植物碎屑 化石， f1.5。 直接底 砂质泥岩 1.28～18.37 9.12 浅灰色， 含砂较均匀， 含植物 化石碎片，局部中间含一层 细砂岩夹层， f1.5。 老底粉细砂岩 7.93～37.32 21.43 灰白色， 波状层理， 以石英、 长 石为主，含云母及暗色矿物， 泥质胶结， 岩性较硬； f3.5。 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 采工作面 （未回采 ） 。 2- 2上201 工作面煤层底板标高 697.0～686. 5m， 地面标高 1393.59～1359.73m。 1.2工作面参数、 开采技术条件及煤层赋存特征 1.2.1 工作面参数 2- 2上201 工作面面长 330m （两顺槽内帮垂直平 距 ） ， 回采推进长度 830.5m。 1.2.2工作面煤层赋存特征 2- 2上201 工作面煤层赋存稳定，煤层产状整体 变化不大， 中部倾角相对较大， 两端倾角相对平缓。 煤 层厚度变化较小， 北部较薄， 南部较厚， 煤层结构复 杂， 大部分含 1～2 层泥岩夹矸， 个别钻孔含 3 层。2- 2上 煤层和 2- 2中煤层层间距由南向北逐渐增大，顶、 底 板特征如表 1 所示。 工 作 面 2- 2 上煤 层 厚 度 4.39 ～6.49m， 平 均 5.43m， 工作面煤层倾角 0～3， 平均 1。 表 1煤层顶、 底板参数表 1.3工作面地质构造情况 2- 2上201 工作面煤层起伏变化较小，两端相对 平缓， 中部倾角较大， 煤层走向以 NNW向为主。根据 煤层底板等高线分析， 该面北部有一小背斜， 对巷道 掘进影响较小。 1.4工作面采煤方法 工作面选用走向长壁采煤方法， 一次采全高后退 式回采 （综采工艺 ） ， 顶板全部垮落。 2首采工作面及两顺槽专项矿压观测方案 2.1工作面矿压观测 2.1.1工作面液压支架支护阻力数据采集 利用液压支架压力实时监测系统采集工作面液 压支架支护阻力。通过对支架压力数据采集分析， 得 出支架初撑力、 工作阻力、 时间加权阻力随工作面推 进的变化规律， 进而分析得出工作面顶板初次来压步 距及强度、 周期来压步距及强度， 以及工作面见方期 间评价液压支架对开采煤层的适应性。 支架压力数据 收集分别在工作面中部、 中上部、 中下部各选 2～3 组 支架， 每 2～5 天自支架压力监测系统采集一次。采集 位置 工作面推进 280m～380m范围内， 采集时长预计 1 个月。 工作面矿压统计观测，包括采空区顶板冒落状 况、 煤壁片帮深度、 端面距及顶板完整状况、 安全阀开 启等 每天通过现场数据采集、 整理， 结合支架压力变 化规律， 综合分析得出工作面矿压显现规律， 评价支 架的支护效果， 指导工作面顶板管理。 2.2工作面顺槽矿压观测 2.2.1工作面两顺槽围岩变形观测 在工作面两顺槽超前工作面切眼 300m （1） 、 330m （2） 、 360m （3） 分别设置 3 组围岩变形测站。每 个测站设置一个观测剖面， 采用 “十字” 观测法， 分别 观测顶板下沉量、 底鼓量、 两帮移近量及变形量， 以此 分析受采动影响两顺槽围岩变形规律， 为工作面及两 顺槽超前支护提供依据。 巷道变形测点距工作面煤壁 50m 以内时，每天观测一次，测点距工作面煤壁 50- 100m 范围内时， 根据测点变形情况， 每 1- 2 天观 测一次。 2.2.2工作面超前支承压力观测 在工作面两顺槽采用钻孔应力计， 观测受采动影 响超前支承压力分布规律，以此分析巷道应力升高 区、 应力峰值区、 应力降低区的范围及应力集中系数， 为工作面超前支护和冲击地压治理措施制定提供依 据。 2.2.3工作面两顺槽顶板离层、 锚杆锚索受力观测 利用掘进期间设置的顶板离层仪和锚杆锚索测 力计， 进行现场数据观测， 顶板离层仪、 锚杆锚索测力 计根据现场设置情况各观测 3 组。综合整理分析， 可 得出工作面受采动影响时的顶板离层变化及锚杆锚 索受力变化规律，以评价巷道支护参数是否合理， 为 进一步优化支护参数提供设计依据。 3首采工作面及两顺槽矿压观测 3.1工作面直接顶垮落 工作面自推进开始便对顶板垮落情况进行了全 面观测记录。当工作面推进至 12.8m时， 采空区顶板 首先从 11架后开始垮落， 并逐渐向 168架 （机尾 ） 延 伸， 最大冒落高度 3m， 随着工作面推进， 冒落高度逐 56 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 渐加大。 在工作面推进至 18.4m时， 直接顶除 1- 3架 后未垮落， 163- 165架后未垮落外， 其他架后均已垮 落。由此，可确定工作面直接顶初次垮落步距为 18.4m。 3.2工作面老顶垮落 工作面直接顶初次垮落以后，随着工作面继续 推进， 老顶悬顶距离逐渐增大， 当工作面回风顺槽推 进 47.2m、 胶带顺槽推进 49m 时， 工作面矿压显现较 平时有所增大， 主要表现在支架支护阻力升高、 煤壁 片帮深度明显增大， 顶板伴有煤炮声响， 且淋水明显 增大。 综合矿压观测数据分析， 工作面老顶初次来压步 距为 53.6m， 来压期间矿压显现较明显， 来压强度不 高。主要原因一是工作面直接顶冒落比较充分， 对老 顶有较好的支撑作用。二是老顶为粉细砂岩，厚度 21.43m， f3.5， 老顶抗压强度相对较低， 顶板压力向工 作面煤壁前方传递的程度相对较弱， 故工作面来压显 现强度不高。 3.3 工作面顶板周期来压步距 工作面老顶初次来压以后，随工作面的继续推 进， 工作面顶板再次出现垮落， 并周期性出现， 这说明 该工作面的顶板能够形成悬顶， 并呈周期性垮落。工 作面共连续观测到五次周期来压， 周期来压步距最大 22.4m， 平均 19.7m， 动载系数最大 1.25， 平均 1.23， 来 压期间支架工作阻力平均 14110kN/ 架。 3.4 工作面老顶来压强度 动载系数作为衡量工作面来压强度标准， 是老顶 来压时的支架载荷与非顶板来压时的支架载荷的比 值。 该面周期来压的动载系数按循环末工作阻力平均 为 1.23， 动载系数不高， 说明该工作面顶板矿压显现 不是很明显， 来压强度不高。 表 2煤层顶、 底板参数表 3.5巷道矿压观测 3.5.1巷道围岩变形观测 工作面推过回风顺槽 1测点，实测 1测点超前 影响范围为 40m 左右， 影响高峰区为 15m 左右， 顶、 底板移近量累计 203mm，移近速度最大 19mm/d， 平 均 7.63mm/d； 两帮移近量累计 107mm， 移近速度最大 34mm/d ， 平均 5.85mm/d。围岩变形曲线如图 1 所示。 表 3回风顺槽围岩变形观测表 图 1回风顺槽 1测点围岩变形曲线 工作面推过回风顺槽 2测点，实测 2测点超前 影响范围为 40m 左右， 影响高峰区为 15m 左右， 顶、 底板移近量累计 96mm， 移近速度最大 17mm/d， 平均 5.05mm/d；两帮移近量累计 113mm，移近速度最大 24mm/d ， 平均 5.95mm/d。围岩变形曲线如图 2 所示。 图 2回风顺槽 2测点围岩变形曲线 工作面推过回风顺槽 3测点，实测 3测点超前 影响范围为 40m 左右， 影响高峰区为 15m 左右， 顶、 底板移近量累计 203mm，移近速度最大 15mm/d， 平 均 4.65mm/d； 两帮移近量累计 75mm， 移近速度最大 17mm/d ， 平均 3.75mm/d。围岩变形曲线如图 3 所示。 工作面推至胶带顺槽 1测点，实测超前影响范 围为 50m 左右， 影响高峰区为 20m 左右， 顶、 底板移 近量累计 209mm，移近速度最大 22mm/d，平均 9.29mm/d；两帮移近量累计 71mm，移近速度最大 来压次序时长 来压步距 m 动载系数 PoPtPm 第一次周期来压220.71.041.151.25 第二次周期来压218.51.111.161.19 第三次周期来压222.41.121.191.24 第四次周期来压216.81.131.21.25 第五次周期来压120.21.081.141.19 周压平均1.819.71.11.171.23 测点 编号 顶、 底板两帮 移近速度 最大 （mm/d ） 平均 （mm/d ） 累计 移近量 （mm ） 移近速 度最大 （mm/d ） 平均 （mm/d ） 累计 移近量 （mm ） 1197.63203345.85107 2175.0596245.95113 3154.65203173.7575 57 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 15mm/d ， 平均 4.83mm/d。围岩变形曲线如图 4 所示。 图 3回风顺槽 3测点围岩变形曲线 图 4胶带顺槽 1测点围岩变形曲线 表 4胶带风顺槽围岩变形观测表 工作面推至胶带顺槽 2测点，实测超前影响范 围为 50m 左右， 影响高峰区为 20m 左右， 顶、 底板移 近量累计 116mm，移近速度最大 21mm/d，平均 9.47mm/d；两帮移近量累计 105mm，移近速度最大 17mm/d ， 平均 6.17mm/d。岩变形曲线如图 5 所示。 图 5胶带顺槽 2测点围岩变形曲线 工作面推至胶带顺槽 3测点。实测超前影响范 围为 50m 左右， 影响高峰区为 20m 左右， 顶、 底板移 近量累计 144mm， 移近速度最大 19mm/d， 平均 9mm /d； 两帮移近量累计 117mm， 移近速度最大 17mm/d， 平均 7.31mm/d。围岩变形曲线如图 6 所示。 图 6胶带顺槽 3测点围岩变形曲线 3.5.2煤体内部应力观测 经分析胶带顺槽， 受工作面采动影响， 煤体内部 应力值超前工作面煤壁 17～28m 开始有较明显变化， 实测 9m深度各测点的最大值 5.6MPa～9.6MPa，平均 6.99MPa； 15m深度各测点的最大值 5.3MPa～8MPa， 平 均 6.35MPa。 经分析回风顺槽，受工作面采动影响，煤体内 部应力值超前工作面煤壁 15～26m 开始有较明显变 化，实测 9m 深度各测点的最大值 5.6MPa～9.6MPa， 平 均 7.54MPa； 15m 深 度 各 测 点 的 最 大 值 5.6MPa～10.6MPa， 平均 7.03MPa。 通过对两顺槽煤体内部应力数据分析表明， 受工 作面采动影响， 两顺槽煤体内部应力变化较小。 4结论 1 ） 实测 2- 2上201 工作面直接顶初次垮落步距 为 18.4m，老顶初次来压步距为 53.6m，动载系数 1.08， 周期来压步距最大 22.4m， 平均 19.7m， 动载系 数 1.23。 工作面顶板属矿压显现程度较明显， 强度不 高的工作面。 2 ） 回风顺槽受采动影响， 巷道围岩变形超前影响 范围 40m左右， 影响高峰区为 15m左右， 应超前 20m 加强支护。 3 ） 胶带顺槽受采动影响， 超前影响范围 50m 左 右， 影响高峰区 20m左右， 应超前 20m加强支护。 作者简介 张云宁 （1973-） ， 男， 山东淄博人， 高级工程师。1993 年毕 业于泰安煤炭工业学校， 2004 年毕业于山东科技大学， 现任兖 州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院矿压与支护研究所 所长， 主要从事煤矿生产技术管理和采矿技术研发工作。 （收稿日期2020- 2- 6） 测点 编号 顶、 底板两帮 移近速度 最大 （mm/d ） 平均 （mm/d ） 累计 移近量 （mm ） 移近速 度最大 （mm/d ） 平均 （mm/d ） 累计 移近量 （mm ） 1229.2920984.8371 2219.47116176.17105 3199144177.31117 58 ChaoXing