上提采面矿压显现特征及其控制.pdf

⑨ 一 文章 编号 1 0 0 3 --5 9 2 3 2 0 0 0 0 2 --0 0 5 B 一0 2 上提采面矿压显现特征及其控制 杨本水 ，刘效云 ， 尹纯刚 ， 阎昌银。 ， 梁广玲 【 难 箭 ， 安 徽淮 南 2 3 2 而 三 一 皖 北 矿 务 局 ， 安 徽宿 州2 3 4 0 0 1 摘要本文以百善g- rA一采区不同区段的两个工作面实测资料为依据，分析了提高上限开采工作面 覆岩 变异特征和矿压显现特点 ．提 出了控制 顶扳 冒落的技术措施 荤 茎 旦T D 32 3 征 第 fj 中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 A ‘ 、J l 前言 在我国东部许多煤 田， 由于可采煤层上方往往 覆盖有 1 0 0 ～4 O O m 含水松散层 ，原设计留 8 0 m的 防水煤岩柱。近几年来，随着 “ 三下”开采技术水 平 的不断提高，许多矿井均将防水煤柱缩小到 2 O ～ 3 0 m 。由于开采上限的提高，煤层顶板岩性受沉 积环境和风氧化带的影响而发生了变化 。因而 ， 常 常发生工作面冒顶而埋架的重大恶性事故 如淮南 潘三矿、潘一矿和皖北百善矿 6 6 6 面 ，造成重大 经济损失 。 因此 ， 研究和解决此类问题具有重要的 现实意义 。 2 上提工作面煤岩变异特征 通过对 6 7 5 非提高上限面和 6 6 2 面取样实 验分析表明，上提工作面覆岩具有如下变异特征 1 岩石强度降低 ，粘结力和 内摩擦角变小 ； 塑性能力增强，自身承载能力变差 上提采面一般 均位于风化带内， 实验资料表明， 风化岩石的抗压 强度仅为未风化岩石的1 0 ～5 0 ， 详见表 1 ， 且上 限提高得越多， 风化程度就越高， 岩石或岩体的强 度降低的幅度也增大。百善矿 4 3件岩矿鉴定和 x 光衍射分析， 顶板强风化岩层中的中细砂岩和粉砂 岩多为泥质胶结， 砂岩和泥岩中的牯土矿物中高岭 石和伊利石约占 5 0 ；风化岩中的长石几乎全部 高蛉土化，故其抗变形破坏能力增强 ，塑性增大 ， 自身承载能力降低。因而极易产生局 冒事故。 2 亲水能力强 ， 软化系数低。 试验研究表明， 上提面岩石的饱和吸水量多在 8 以上，最高达 5 2 ， 水份极易进人岩石内部 ， 其膨胀率都在 5 0 以上， 不仅使岩体本身抗压强度显著降低， 且产生 强大的膨胀力。因此， 给工作面的底板管理和支架 表 i 同层砂岩不同风化程度下物理力学性质对比裹 强风化 弱风化 未风化 岩 石 性 质 6 6 2面 6 6 4面 6 7 5面 干燥 饱和瑕水量／ 3 5 ～4 6 I 1 ～2 8 4 ～ 【 0 单向抗压强度／ MP a 2 ． 】 ～9 ． 4 【 0 ． 7 ～l 8 ． 6 内摩擦角／ 。 2 1 ～2 d 2 5 ～ 2 9 3 0 ～3 3 密度／ S 3 2 2 6 ～2 ． 4 2 2 ． 4 l 一 一 2 ． 5 2 2 5 J ～2 6 8 吉水量／ 2 ． 船～7 ． 9 B 2 3 】 ～4 ． 6 4 】2 3 ～ 【 ． 9 8 孔 晾率／ l 4 ． 6 ～2 0 ． 0 l 1 ． 3 ～ l 6 【 8 4 8 ～ 儿． 3 E 的行 间距 ，同时也使支架连接成整体，结构稳定。 第二，阻挡上部矸石下漏 防止漏矸造成二次冒顶。 第三， 起缓冲作用， 利用木材的可塑性， 上部岩石 滑到支架后起缓冲作用 ，保证支架 的稳定性。 处理冒顶应当注意 以下两点 首先是铺设坑木 时 ， 必须紧靠煤壁侧的顶板， 使支架前段顶板受到 木板 向煤壁方向的水平力， 防止压力使支架前段的 顶板破碎漏矸， 造成二次冒顶。 如三河口矿砂质泥 岩、泥岩顶板 ，主要是由于漏矸造成 冒顶 ， 有 的通 过金属网格漏矸，造成太冒顶，处理这样的顶板 ， ．5 8． 2 0 0 0 ． № 2 矿山压 力与萌板管理 往往顶板压力较小，主要是防止漏矸 ， 或支架移动 造成扯网冒顶 ， 铺上木料后给支架加压 ， 达到一定 的支撑力， 同时支架上部的顶板由于应力改变 ， 部 分岩石垮落到支架上的木料 上，因为岩石碎度较 小，使支架均匀受力，保持 了支架的稳定，同时上 覆岩层垮落时， 起到缓冲作用， 对支架的冲击不明 显 。 在 使用这 种处理 冒顶事故 的方 法时 ， 必须注 意， 型钢 与顶板走向呈小于 1 8 0 。 的角， 靠采空端 略低， 主要是由于顶板破碎， 如果支架前段低头， 支 维普资讯 的维护带来较大困难 。 3 矿压显现特点 根据 6 6 2 、6 6 4和 6 7 5工作 面矿压观测资料的 分析整理，上提面的矿压显现具有如下特征 1 静 压大，动压小，动载系数小，多在 1 ． 1 5 之内，见表 2 。但矿压显现较为明显 ，主要表现为 端面冒顶、煤壁片帮现象较为严重 表 2 不同工作 面矿山压力显现对比表 初 次 来 压 周 期 来 压 超前支承压力 步距 动载 步距 动载 影响范 峰值区 显现 ／ m 系数 强度 强度 ／ r ． 系数 围／ m 程度 1 5 ． 3 】I 3 偏弱 】1 4 偏弱 不 明显 不 明显 l 8 4 】 ． 1 5 偏 弱 ～1 C 】1 8 偏弱 l 4 不明显 不明显 2 6 ． 8 1 6 8 中等 1 2 ． 5 中等 6 ～ I 2 较明显 2 直接顶初次垮落与周压步距减小 2 0 ～ 4 O ， 老顶影响的剧烈程度减轻， 工作面来压强度 降低一级；煤层顶板砂岩原生裂隙及富水性减弱， 采区淋水及采空区涌水大大减小，以致基本消失 3 顶板下沉量明显增大，支架扎底较严重 。 4 工作面底鼓 ， 尤其当煤层顶板为泥岩及原 生裂隙较发育， 底板是泥岩， 在老顶来压， 工作面 出现淋漓水时表现更明显。 5 工作面支柱载荷增大，厚煤层分层开采 时，随分层效的增加 ，支柱的载荷也相应增加 。 4 控制顶板的安全技术措施 破碎 ，经常发生 “ 漏顶” ，顶板管理难度大 ；采面 推进速度慢等诸多问题。 通过反复实践， 采取如下 措施行之有效 1 设计采用的回采上限， 应达到使采动形成 的冒落带不波及松散层，并适 当远离松散底界面， 尽可能使强风化岩层的结构和隔水性不遭破坏。 2 加强护顶 。 由于破碎软弱顶板有很强的时 问效应 。因此，采用超前挂梁 ，错粱齐柱、短柱、 型梁等手段以实现及时支护，减少空顶时间。 此 外 ，为解决顶板破碎 ， 容易漏顶的问题 ， 要求采用 有足够强度的小笆 ， 搭肩过严 ， 搪柴小头直径不小 于 3 0 ram，并保证足够的数量，以保持顶板 的整体 性，控制破碎顶板的冒落。 c 3 提高初撑力。 上提面之所 以发生煤壁 片帮 端面 冒顶等现象，原因均是由于支护系统刚度不 够 ， 顶板下沉过大 。 使煤体支撑顶板的弹塑性区向 深部前移，从而使煤壁片帮加剧，端面冒落。 4 支柱穿鞋 实践表明， 上提面顶板控制的 关键为 “ 护好顶， 管好底” 。 由于上提面底板松软， 允许比压低。因此，只有加大底座，支柱穿鞋 5 认识与结论 1 上提面上覆岩层 的岩性发生了质的变化。 即岩性变软，强度降低。 2 其矿压显现特点为 静压大， 动压小，顶 板下沉量大；端面容易 冒落。 3 控制上提面顶板冒落的主要措施为 加强 护顶；支护穿鞋 ；提高初撑 力。 由于上提面煤柱尺寸的减少， 其上段或全部处 于风化带内， 岩石或岩体的力学强度降低， 且顶板 收稿日 期 。 。 。 一 。 一1 ； 责任编辑 尤里 架上部的直接顶岩石就滑向支架前端， 使支架上部 受力较小，而支架前段充填较实，老顶断裂回转， 作用其上， 产生新的压应力区， 使支架工作不稳定， 易造成二次冒顶， 或直接压垮支架， 因此支架前段 不能低头， 且支撑较采空区端大， 使支架上部岩石 滑向采空 区，支架处于煤壁与老顶形成 的三角区 内，老顶压力不直接作用于支架，支架载荷较小， 保证了支架的安全和稳定。 使用长 n 型钢粱， 支护强度高， 克服了铰接顶 粱力矩短对顶板的支撑力小的缺点， 同时， 也可以 迈步式向前， 保持了顶板不空顶， 过完冒顶区， 钢 梁可回收， 重复使用，与以往采用长术粱相比， 使 用周期长 ， 减少了大量的坑木消耗 ， 也克服 了长木 粱强度不够 、易断的缺点。 软岩顶板冒顶处理的重点是解决支架的稳定 性、防漏矸，和支架前端低头等问题 。这种支护方 式， 充分利用软岩顶板破碎， 具有流动性和上覆岩 层运动及其应力关系，使老顶的压力作用于煤壁， 支架的负荷较小，操作简单，安全可靠。 收稿日期2 0 0 0 0 2 2 { {责任编辑晓 南 矿山压 力与硬板管理2 0 0 0№ 2 5 9 维普资讯