风水沟煤矿综采工作面矿压观测.pdf

3 2 煤矿支护 2 0 0 7年第 4期 风水 沟煤矿 综采工作 面矿 压观测 王爱文陈 蓥张站涛 [ 辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 1 摘要 综采工作面矿压显现规律对矿 山生产实践具有深刻的指导意义。本文通过 对风水沟煤矿 2 煤综采工作面围岩在煤层开采过程中移动规律 的观测研究，掌握 了 2煤层顶板初次来压和周期来压步距、工作面支架支护强度、 围岩破坏活动过程 中 煤壁应力变化大小和应力影响范围。为现场管理提供 完善、准确的资料，以直接指 导生产实践 ，解决工程 问题。 关键词 矿压 显现初次来压 周期来压 前言 风水沟煤矿 2煤为新开采煤层，为了得 到 2煤层综采工作面的矿压显现特征 ，定量 研究开采过程中矿压显现规律 ，为现场管理 提供完善 、准确的资料，指导生产实践 ，解 决工程问题 ，进行了矿压观测。本次观测有 以下两个 目的 其一是通过分析观测数据确 定煤层顶板初次来压和周期来压步距 、工作 面支架支护强度 ；其 二是分析顶板 活动规 律 ，获得围岩破坏活动过程中煤壁应力变化 大小和应力影响范围。 1 地质条件 2 煤 为风 水沟现 主采 煤层 ，煤层 厚度 1 ． 5 ～4 ． 1 2 m，倾 角 4 ～6 。 ，埋深 约 3 5 0 m， 顶板为泥质砂岩 、砂岩 ，底板为中砂岩 如 图 1 所示 ，本 区地质构造简单 ，开采范围 内无大断层 。 2 观测 内容 综采工作面的主要支护设备是液压支架， 液压支架是支护顶板 的一个基本单元 。顶板 岩体运动形成 的压力可通过液压支架的多种 变化反映出来，工作面的支护质量也是通过 液压支架的工作质量和活动状况反映出来。 液压支架是综采工作面矿压显现与观测计量 的基本单元 ，因此把液压支架在随煤体开采 的压力变化作为本次压力观测的主要内容。 辟琏 视密瞳 锄 [ M P a 苗往 称 状 f m k g ／ m 抗扣 抗 匿 * 。 硪 ■ c p 砂 1 地 2 ■ {自 “ 诧 高为 十 6 35 n l 4 ■ 2 右 燃联 底板 ’p 等离 1 煌 ■ 线为 警 。 2 2 5 m 5 蝗 ■ ． 砂 I 蠼 ■ 谳 圈 1 风水沟煤矿煤层柱状圈 3 工作面测站布置 综采工作面矿压观测选择在 2 煤东五片 综采工作面 ，具体布置如下 ① 在综采工作面上、中、下位置各布置2 个支架载荷测点，即工作面下方测点布置在 l l 和 1 3 支架上，工作 面中部测点布置在 4 8 和 4 9 支架 上，工作面上方测点 布置在 8 9 和 9 O 支架上，测点布置如图 2 所示。由 于该综采工作面液压支架为老式液压支架，所 维普资讯 2 0 0 7 年第 4期 煤矿支护 3 3 以采用 QI 型压力指示器。各测点测出工 作面推进过程中支架载荷和顶板岩层的变化情 况，即工作面支架最大支护强度和最小支护强 度，工作面初次来压步距和周期来压步距。 图 2工 作 面测 点 面置 示 慝 图 ② 在综采 工作面运 输巷煤壁 中布置工 作面前方应力 变化检测点 ，检测 仪器采用 Z Y J --2 0型钻孔应力计。测出工作面推进过 程中，工作面前方煤壁中应力变化大小和应 力影响范围。 4 工作 面矿压 观 测 4 ． 1 工作 面 支架载荷观 测 2 煤东五片综采工作面开采时，由于工作面 与顺槽有倾 角，首先 割工作 面上方 回风 巷三角煤 。在割三角煤过程中，工作面上 方推进 1 8 m 时 ，工作面上方煤层顶板 出现 初次垮落 ，为此在绘制工作面进尺与支架载 荷 曲线时 ，采用的是工作面平均进尺和采空 区面积与支架支护强度关系曲线 。 ① 工作 面下 方 1 1 和 1 3 支架 支护强 度在工作面推进过程 中的变化情况见表 1和 表 2 。工作面平均进尺或采空区面积与支架 支护强度关系曲线见图 3和图 4 ； ② 工作 面上中部 4 8 和 4 9 支架支护 强度在工作面推进过程中的变化情况见表 3 和表 4 。工作面平均进尺或采空 区面积 与支 架支护强度关系曲线见图 5 和图 6 ； ③ 工作 面上方 8 9 和 9 0 支架 支护强 度在工作面推进过程 中的变化情况见表 5和 表 6 。工作面平均进尺或采空区面积与支架 支护强度关 系曲线见 图 7和图 8 。 表 1 l l 支 架支护强度在工作面推进过程 中变化情况 工作面平均进尺 m 2 6 ． 6 3 7 ． 2 3 9 ． 8 4 1 _ 8 4 4 ． O 4 7 ． 3 5 O ． 9 5 1 _ 9 5 7 ． 4 6 0 ． 5 6 3 ． 9 6 5 ． 7 6 8 ． 3 7 0 ． 8 7 4 ． 1 1 1 支架支护强度 MP a 1 7 ． 5 1 5 ． O 1 7 ． 5 5 0 ． 0 5 0 ． 0 3 O ． O 2 5 ． O 5 5 ． 0 5 6 ． 0 2 O ． O 3 5 ． O 2 5 ． 0 5 5 ． O 5 5 ． 0 1 5 ． O 采空区面积 4 1 1 5 5 7 6 6 6 1 6 1 6 4 7 9 6 8 2 0 7 3 3 2 7 8 8 2 8 0 3 8 8 8 8 9 9 3 7 0 9 9 0 5 1 O 1 8 4 1 0 5 7 9 1 0 9 7 4 1 1 4 7 { 表 2 l 3 支 架支护强度在工作面推进过程 中变化情况 工作面平 均进尺 m 2 6 ． 6 3 7 ． 2 3 9 ． 8 4 1 ． 8 4 4 ． 0 4 7 ． 3 5 O ． 9 5 1 ． 9 5 4 ． 3 5 5 ． 2 5 7 ． 4 5 9 ． 2 6 5 ． 7 6 7 ． 7 6 8 ． 3 7 0 ． 8 7 4 ． 1 1 1 支架支护度 MP a 1 5 ． O 2 7 ． 5 3 O ． O 4 5 ． 0 4 5 ． 0 2 2 ． 5 2 2 ． 5 3 5 ． 0 2 O ． O 2 2 ． 5 4 5 ． 0 2 O ． 0 1 5 ． 0 2 5 ． O 5 5 ． O 5 5 ． 0 2 O ． O 采 空 区 面 积 t n 2 4 1 1 5 5 7 6 6 6 1 6 1 6 4 7 9 6 8 2 0 7 3 3 2 7 8 8 2 8 0 3 8 8 4 1 7 8 5 5 6 8 8 8 9 9 1 7 6 1 o 1 8 4 l1 o 4 9 4 I1 o 5 7 1 o 9 7 { 1 1 4 7 8 表 3 4 8 支 架支护强 度在工作面推进过程 中变化情况 工作面平 均进尺 m 2 6 、 6 3 7 ． 2 3 9 ． 8 4 l _ 8 4 4 ． 0 4 7 ． 3 5 O ． 9 5 1 ． 9 5 4 ． 3 5 7 ． 4 5 9 ． O 5 9 ． 2 6 O ． 5 6 5 ． 7 6 7 ． 7 7 0 ． 8 7 4 ． 1 4 8 支架支扩强度 MP a 『 1 5 ． 0 2 5 ． 0 2 5 ． O 3 7 ． 5 4 0 ． 0 2 O ． O 0 ． 0 3 5 ． 0 4 O ． O 1 5 ． 0 3 0 ． 0 2 O ． O 1 5 ． O 2 O ． O 3 5 ． O 5 2 ． 5 2 5 ． O 采空区面积 m 。 4 1 1 5 5 7 6 6 6 1 6 1 6 4 7 9 6 8 2 0 7 3 3 2 7 8 8 2 8 0 3 8 8 4 1 7 8 8 8 9 9 1 4 5 9 1 7 6 9 3 7 0 1 0 1 8 1 0 4 9 4 1 0 9 7 4 1 1 4 7 8 圈3 l l 支架支护强度与工作面平均进尺关系曲线 图4 l 3 支架支护强度与工作面平均进尺关系曲线 维普资讯 3 4 煤矿支护 2 0 0 7年第 4期 表 4 4 9 支架支护 强度在工作面推进过程中变化情况 工作面平均进尺 m 2 6 ． 6 3 7 ． 2 3 9 ． 8 4 1 ． 8 4 4 ． O 4 7 ． 3 5 1 ． 9 5 4 ． 3 5 7 ． 4 5 9 ． 2 6 O ． 5 6 5 ． 7 6 7 ． 7 6 8 ． 3 7 0 ． 8 7 4 ． 1 4 9 支架支护强度／ MP a 2 2 ． 5 2 2 ． 5 3 O ． O 5 O ． O 4 5 ． O 2 5 ． 0 4 5 0 5 3 ． 5 4 7 ． 5 2 5 ． O 2 5 ． O 3 5 ． O 3 O ． O 5 2 ． 5 5 2 ． 5 2 5 ． 0 采空区面积 m0 4 1 1 5 5 7 6 6 6 1 6 1 6 4 7 9 6 8 2 0 7 3 3 2 8 0 3 8 8 4 1 7 8 8 8 9 9 1 7 6 9 3 7 0 1 0 1 8 4 1 0 4 9 4 1 0 5 7 co 1 0 9 7 4 1 1 4 7 g 图 5 4 8 支架支护强度与工作面平均进尺关 系曲线 图 6 4 9 支架支护强度与工作面平均进尺关系曲线 表 5 8 9 支架支护强度在工作面推 进过程 中变化情况 工作面平均进尺 m 2 6 ． 6 3 7 ． 2 3 9 ． 8 4 4 ． O 4 7 ． 3 5 O ． 9 5 1 ． 9 5 7 ． 4 5 9 ． 0 6 O ． 5 6 3 ． 9 6 5 ． 7 6 7 ． 7 6 8 ． 3 7 0 ． 8 7 4 ． 1 8 9 支架支护强度／ MP a 1 2 ． 5 1 2 ． 5 2 5 ． 0 4 2 ． 5 1 5 ． O 3 O ． O 4 2 ． 5 4 2 ． 5 1 5 ． O 2 5 ． O 3 O ． 5 1 5 ． O 3 O ． O 5 O ． O 5 O ． O 1 5 ． O 采 空 区 面 积 m 4 1 1 5 5 7 6 6 6 1 6 1 6 8 2 0 7 3 3 2 7 8 8 2 8 0 3 8 8 8 8 9 9 4 1 5 9 3 7 0 9 9 0 5 1 o 1 8 4 f1 o 4 9 4 I1 o 5 7 q 1 o 9 7 4 l1 1 4 7 ∈ 表 6 9 0 支架支护强度在 工作面推进过程 中变化情况 工作 面平均进尺 m 2 6 ． 6 3 7 ． 2 3 9 ． 8 4 4 ． O 4 7 ． 3 5 O ． 9 1 ． 9 5 4 ． 3 5 7 ． 4 5 9 ． O 6 O ． 5 6 1 ． 9 6 5 ． 7 6 7 ． 7 6 8 ． 3 7 0 ． 8 7 4 ． 1 9 o 支架支护强度／ I r ma 1 5 ． O l 1 ． 5 2 O ． O 4 7 ． 5 2 0 ． 0 3 O ． O 4 5 ． O 4 5 ． O 5 0 ． 0 1 5 ． O 3 0 ． 0 2 0 ． 0 2 O ． O 3 5 ． 5 5 O ． O 4 7 ． O 2 0 ． 0 采空 区 面 积 m 4 1 1 5 5 7 6 6 6 1 6 1 6 8 2 0 7 3 3 2 7 8 8 2 8 0 3 8 8 4 1 7 8 8 8 9 9 1 4 5 9 3 7 0 9 5 8 7 1 o 1 8 1 o 4 9 4 I1 o 5 7 4 1 o 9 7 4 I1 1 4 7 E 图 7 8 9 支架支护强度与工作面平均进 尺关 系曲线 图 8 9 0 n支架支护强度 与工作面平均进尺关 系曲线 4 ． 2 工作面前方煤壁应力观测 工作面前 方煤 壁应力观测数据见 表 7 ， 5 综采工作面矿压观测结论 分析曲线见图 9 。 图 9 工作面前方煤壁应力分析 曲线 ① 工作面支架支护强度由工作面支 架载荷观测数据和曲线分析可知，支架工作 阻力在 l 5 ～2 5 MP a 之 间 占总体的 4 0 ；在 2 5 3 5 MP a 之 间 占总体 的 2 3 ． 5 9 ／ 6 ；在 4 5 ～ 5 5 MP a之间 占总体的 2 8 ． 2 9 ／ 6 ，平均工作 阻 力为 3 2 ． 1 MP a ，是额定 工作阻 力的 4 9 ． 6 9 ／ 6 额定工作阻力为 6 4 ． 5 MP a ，最大支护强度 为 5 5 MP a ，最小支护强度为 1 1 ． 5 MP a 。 维普资讯 2 0 0 7年第 4期 煤矿支护 3 5 ② 来压特征 I 、煤层 顶板 初 次来 压 ， 由于工作面开采 的特殊性 割 三角煤 ，割 三角煤过程 中，工作面上方煤层顶板初次垮 落 ，然后工作面中部下部顺序垮落 ，平均垮 落步距 1 8 m。I I 、基本顶初次来压 ，工作 面 继续推进 ，顶板活动又趋于激烈 ，有 明显顶 板断裂响声 ，支架压力明显增大 ，安全阀部 分开启 ，顶板冒落度加大 ，这说明基本顶开 线分析可知 ，工作面 全长基本顶板大面 积来压步距为 2 6 m，基本顶断裂位置在煤壁 前方约 3 ～6 m。I I I 、周期来压步距 ，基本顶 初次来压后 ，顶板活动又趋于稳定 ，然而随 着工作面的推进，支架压力开始变化 ，并 出 现峰值，来压显现与初次来压基本相同，由 工作 面支架载荷观测数据 和曲线 分析可知 ， 共获得初次来压和 2个周期来压。初次来压 始断裂 ，根据工作面支架载荷观测数据和曲 步距 为 2 6 m，周期来压步距为 1 3 1 5 m。 表 7 工作面前方煤壁应力观测数据 工作面煤壁至测点距离 m 0 3 4 ． 8 6 ． 9 9 ． 3 1 3 ． 6 1 6 ． 5 钻孔应力计测点值 MP a O 4 ． 5 4 ． 0 3 ． 9 3 ． 0 2 ． 0 2 ． 0 ③ 工作 面前 方应 力增 高区范 围由工 作面前方煤壁应力分析曲线可知 ，在工作 面 前方呈现 明显 的压 力降低 区，压力升高 区， 原岩应力区，从中可以看 出工作面 的压力 升 高区是在工作 面前 方 1 ． 4 ～1 3 ． 6 m 范 围内， 最大应力值为 4 ． 5 MP a 。 第一 作 者 简 介 王 爱 文 男，1 9 8 2出生 ， 2 0 0 6 年毕业于辽宁工程技术大学，现读辽宁 工程技术大学 ，研究生。T e l 1 3 7 9 5 0 2 2 5 0 9 ； Ema i l ．wa w l n t 1 2 6 ． c o r n。 收稿 日期2 0 0 7 1 1 2 3 ；责任编辑 王方荣 中国煤炭 工业协会煤矿支护专业委员会 2 0 0 7 年年会暨 “ 煤矿 深部与复杂 困难巷道支护理论与技术“学术研讨会在 南宁召开 中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会 2 0 0 7 年年会暨 “ 煤矿深部与复杂困难巷道 支护理论与技术”学术研讨会 于 2 0 0 7年 1 1 月 2 1日至 2 2日在广西南宁召开。来 自全国 煤矿、科研院所、高等院校、工厂的 1 3 0 名 代表参加 了会议 。中国煤炭工业协会路德信 副会长出席了会议 。会上，路德信副会长首 先传达了温家宝总理在接见煤矿先进工作者 时的重要讲话，并以我国煤炭工业的发展形 势、煤矿安全 生产状况 为主题做 了重要发 言。中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会 副主任王富奇同志 。 下转第 4 7 页 维普资讯