采场松软底板的矿压规律及其应用(1).pdf

采场松软底板的矿压规律及其应用 广 西 合山 矿 务 局丝兰 L苎 型 量 关键词 松软煤层 采场矿压矿压显现采场支护 一 、工作面硪底板情况殛生产条件 合 山局柳矿 6 2 1回采面位于该矿斜井 西翼，开采水平为 0至一 6 0 m，上覆顶板 岩层平均厚度为 1 5 0 m，开采煤层为 四煤 上层 ， 煤 层平 均 厚 度 为 1 ． 7 m，倾 角 约 7。，江 l ～2 ， 上覆 顶 板岩 层 主要 由燧 石 灰岩组成。各煤、岩层情况见图 l 。6 2 1回 采工作面采用倾斜长壁式仰斜采煤法，全 1 ． 2 m，最小及最大控顶距分别为 3 ． 6 m 和 4 ． 8 m。木垛布设在靠采空区 l 、2排单柱 间， 中心距 为 7 m。采用 。 见四收一 ” 的控 顶方式，使用 H，1 4型回柱绞车回柱，循 环进度 l2 m。 整个合 山矿区四煤上层底板普遍含有 一 层约 0 ． 6 m 的炭质页岩 ，其抗压人强度 低 ，极 易 造 成 支柱 严 重 插 底 ， 据 东 矿 2 1 7 、2 1 1 9 ，溯河矿 4 2 1 ，柳矿 6 2 1 回采工 作面的观测，支柱平均插底量都在 3 0 0 m m 左右，部分达 8 0 0 ～1 0 0 0 mm。在非周期来 压期间，由于直接顶 的作用促使支柱产生 很大的插底量，造成 回柱困难，单柱丢失 量大 ， 同时直接顶 岩层 间产 生较大 的离 层，并增加了工作面顶板的不稳定性。 二、观测内容殛做法 在 6 2 1回采 工作面主要观测支柱载 荷；顶底板相对移近量；支柱活柱缩量及 插底量。整个观测工作分 两个阶段进行。 第一 阶段 工作 面 由切眼推 进 9 0 m 后，在距机头 4 5 m 处设 1 个测 区，l 条测 线，压力盒设置在顶板 。第一阶段 因工作 面推进至中平巷需重开切眼而 中止，共观 测 4 8 个推进循环。 第二 阶段 在工作 面 重开切 眼推 进 1 3 ． 7 5 m后，开始布点观测，傲法与第一阶 段相同。工作面测区布置见图 2 。 三 、数据的分析 殛矿压 显现规律 1 ．支柱 工 作 状 况 。 1 初撑力。经对工作面 8 6次初撑力 图 1 柳 矿 6 2 l回采工作面综合拄状图 部 陷 落 法 管理 顶板 ， 采 面 对 拉 总 长 度 1 5 0 m，采用 HZ WA型系列金属支柱与木 垛 支 护 顶 板 。 柱 距 为 0 ． 7 ～ 0 ． 8 m， 排 距 ‘ 5 2矿 山压 力与省板 管理1 9 9 2 怕 4 维普资讯 的 测 定， 其瓦 1 0 ．0 2 k N ／柱， 虽 然采 用 了 5 0 k N带指示器升柱器 ，但 因单柱支设 在炭质页岩的底板上，易产生插底，加上 未按要求将升柱力提高到 3 0 k N 以上，造 成初撑力偏低。 2 推 进 过程 中支 柱 载荷状 况 。经对 整 个阶段测定 的支柱载荷数据按所处的控顶 排进行分析 ，其规律为支柱 载荷随控顶距 的增大 而增加 ，见图 3 。 3 支柱工作的主要参数确定。主要参 数 有 单 根 或 部 分 支 柱 实 际支 撑 能 力R． 支柱的增阻系数 K， ；支柱工作不 均匀系数 K。 ；整个工作 面支柱实际支撑 能力R， ；工作面来压前及来压完成时刻支 柱承载值 P ’ ， P。计算结果见表 1 ，由表 l 的数据来看 ，工作面的支柱实际处于低效 工作状 态。 4 顶 板沉 降特点 。根据 观测 所得数 据，工作 面周期来压前的顶板下沉量均大 于来压完成以后。取所观测的 5 个周期来 压前后顶板下沉量列于表 2 。根据表 2的 数据推断，顶板在煤壁前方 断裂时 ，由于 支柱插底，使顶板的沉 降速度得不到有效 的 支撑 及控 制 。当顶板 沉降量达一 定值 时，其支柱的底部支承在较坚硬的底板岩 层上，这时支柱插底速度减慢 ，工作阻力 上 升。 5 对顶底板相对移近量 △ 与活柱 缩量 ￡ 的分析。经对工作面顶底板相对移 近 量 △与 活 柱缩 量 8进 行 回归 分析 ，它 们之间存在 F列关系。 A h2 6 0 ． 4 7 1 ． 7 3 e mm 1 由 上 式 得出 ，当s 0 时 ， A h 2 6 0 ． 4 7 ，即当活柱缩量 为零时，顶底 矿 山 压 力 与 珥 板 管理1 9 9 2 胁 45 3 维普资讯 板相对穆近量为 2 6 0 ．4 7 ram，即支柱 已插 底 2 6 0 ． 4 7 ram。 2 ．影 响 工 作 面 顶 板 各 岩 层 范 围 的确 定 1 直接顶 冒高 的确定。 ①用工作面来压前夕支柱承载值 P ’确 定 m 。 2 P。 ．／y J 3 式中m 有 接顶 冒高 厚度 m P 珠 压前夕实测承载值，P为 41 ． 9 7 3 4 k N ／i i l 2 ； n ， 支柱合力作用点位置系数 0 ． 3 7 ％ v 广直接顶容重，2 6 ． 1 k N／I l l ’ ； 1 ． 1 ． _，一悬顶系数。 乞。 ； L 女 L一为 悬 顶 距 ， 因 煤 层 倾 角 为 7。，而工作面在老顶来压前夕直接顶 均自行切断冒落，故， 掣． 硼 。 。 L I L。 工作面最大控顶距，实测为 4 ． 6 Ⅲ； Ⅲ 一2 ． 4 4 m ②用采高及顶板岩梁沉降参数 s 。确 定 m 伪 一S 』 ／ K』一l J 4 式中．卜一采高， 经实测平均采高为 1 ． 6 6 m ； s 厂计算岩梁醯矸处沉降值， 经 计算为 0 ． 8 9 5 0 m； 局 一冒落岩层在岩梁触矸处的碎 胀系数， 合山矿区内取 1 ．3 0 m ．2 ． 5 5 m ③根据顶板岩层柱状图 图 1 ，计算 顶板各岩层 对下部支托岩层的影 响作用， 则 mz 2 ． 6 2 m 。 最 后 对 比 确 定 11 1 取 5 4 ‘矿 山压 力与 城 板 管 理1 9 9 2 怕 4 2 ． 6 2 m 。 2 老顶 岩梁厚度 的确定。根 据 6 2 1 回采工作面推进方向支柱载荷和顶底板相 对移 近量 曲线分布图 3分析，可以看到前 三个周期来压，支柱载荷峰值呈一大一小 的分布，这是 支柱插底量增大所形成的影 响。同时，由于工作面支柱对顶板为 “ 给定 变形” 关系，因此可考虑把老顶视为一个岩 梁，在工作面支护设计时予以满足 ，据此 将圈 1 的老顶第一岩粱厚度划分为 4 ．4 m。 3 ．工 作 面 支护 密度 的确 定 1 按工作面顶板 呈弯 曲沉降运 动， 直接顶初次垮落的支护强度为 P r 【。 Ⅲ y ⋯ L ／ 2 L女 5 式中P r ，对直接顶初次垮落来压时的 支护强度； L 厂直接顶板初次垮落来压步距； P“ 1 5 1 ． 5 1 k N ／m。 2 老顶初次来压时的支护强度 P 。 A 专 竽6 式中P 7 厂老顶初次来压时的支护强度； 一 直接顶给支柱的作用力， A 掣 ； ZH y 广老顶岩石容重，为 2 6 ． 1 k N ／m。 ； c i 一 老顶初次来压步距， 为 4 4 ． 9 5 m P r 2 31 9． 8 7 k N ／m 2 。 3 老顶周期来压时的支护强度 ’ P r3 A 拦7 式中P ， ； 一老顶周期来压时的支护强度； 置 r岩梁作用力的分配系数， 为 2 ； C -_一周期来压来压步距，取平均为 1 3 ． 4 2 m P， 2 0 91 2 3 k N ／m。 。 维普资讯 围 4 6 2 1 工作面第一阶段推进方向载茼及顶底板移近量分布线图 一 第一控顶排支柱载荷爰厦底板移近量曲线；第二控顶排支柱载荷及顶底板移近量 曲线； ． 一 第三拉顶排 支柱载荷及顶底板移近量曲线 4 按工作面底板抗 压强 度参数及使 用单柱底面积计算每根单柱的最大支撑能 力。 只 Sr t’ 驰 8 】 式中尸 ．i 一 支柱能获得的最大支撑能力； 驰一 底板容许抗压强度； S r f支柱的底面积，为 0 ．0 I m2 只 8 8 ． 8 1 k N／根 5 各种顶板来压情 况下 的支柱不插 底的基本 支护密度，按 n P r ／只 计算 ， 结果见表 3 。根据工作面实测支护密度为 1 ． 1 根 ／m。 ，均不能满足表 3中各类顶板 运动时所需 的最基本的支护密度 ，因而在 工作面支柱插底是必然的。 4 ．对 工 作 面支护 效 果 的 评 价 1 据表 3计算 出实际 工作面支护密 度小于按底板容许抗压 强度计算所需 的基 本支护密度，由 1 式回归分析得出支柱 活 柱缩量 为零 时的插底量 为 2 6 0 ． 4 7 mm。 加之支柱的初撑力低， 因此支护阻力升不 上去，支柱不能有效地发挥支护作用。 2 部分 支柱 失效 或水平 楔没 打 紧， 使 整 个 工 作 面 支 柱 平 均 增 阻 系 数 为 0 ． 2 2 5 ，偏低 ，同时实测中发现，活柱下缩 5 4 mm 时，所测的支柱阻力为零。 维普资讯 3 工 作 面 的 排 距 参 数 过 大 。 经 实 测，最小排距 0 ． 6 m，最大为 1 ． 6 m；造成 支柱 阻 力离 散系 数 过大 ，整个 工 作面 的支 撑能力和稳定性降低。 4 部分 支柱 的支撑能力和整个工作 面支柱实际支撑能力偏低。 顶板管理应分别在老顶初次来压和周期来 压 两个阶段进行 。老顶初次来压期 间采用 特殊 的支护管理方式，而在周期来压期间 采用 正曾的支护 管理方式 。 2 ．防止支柱插底措施有两条途 径1 将 T作 面支护密度增至表 3 所需的最基本 支护密度。 ②增加支柱本身的支撑能 力，即给支柱穿鞋。由综合因素考 虑，穿鞋 比增加支护密度有明显的 优 势 。鞋 的面 积 按 支柱 允 许 的最 人 支 护强 度 和实 际 支护 密度 及 周期 求 压强度进行计 算 ，即 S T P。 ／q 。 3 ．老顶初 次来压和周期来压的 ． ‘ 顶板控制措施。 i j【 1 老顶初 次来 压期 间的顶板 控制措施。据计算得出支柱穿鞋面 杰’ ■E m ㈨一 积为 0 ． 0 2 1 4 1 m。 。在这期间的． 。 。 ”“ 恻 ⋯支柱排距不变 ，只要加 密柱距 ‘ -． 6即可安全 控 制顶板 ， 支护 密度 、” Ⅻ ，柱距 6的求法是 j’p n “ 。 导 _ 1 ．7 , ／ m 。 。 ⋯田最小控 顶距 为 3 ． 6 m排距 为 1 ． 2 m，则柱距 1 b 。 丽寻丽 。 0 ．5 0 m 上述 如按 最 大 控 顶距 为 4 ． 3 m 计 算 ， 四排控顶，其计算结果一样。 2 周期来压 期间顶板控 制措施 。在 这 期间，只 要按 上述 面积参 数给支 柱穿 鞋 ，工作 面的支护 密度 不变 即 1 ． 1根 ／m。 ， 排距 1 ． 2 m，柱 距 0 ． 7 5 m，即 可 安 全控制顶板。 五、应 用效果 1 ． 在松软煤层底板进行矿压观测，由 于燧石灰岩层具有连续缓慢 下沉及周期性 圈 5 6 2 1 工作面第二阶段推进方向载荷及顶 底板 移近 量 分布 曲线 5 ．支拄 的选型方案。根据观溯结果， 采场的支护选型应考虑下列几点 ①要具较 大的初撑力； ②支柱有较大的缩量以适应顶 板沉降； ⑨支柱有较好的均匀特性 ； 支柱 的最大工作阻力在 3 0 0 k N／柱以下。综上 所述，对支柱的选型应以单体液压支护为 主，其次为微增阻金属支柱，而不宜采用 木 支柱 和墩柱。 四 、顶板控 制 管理措 施 1 ．从安全、经济方面考虑，工作面的 ‘ 5 6矿 山压 力与调 板 管理， 9 92 № 4 维普资讯 DZ型金属柱鞋在显德汪煤矿 ’的使 用效果 河北煤炭 研究所j型 邢 台 显 德 汪 歹兰竺 关键词三软鐾莹 ． 兰墨丝生 J 墨芏整墨 ， 邢 台显 德 汪煤 矿 主要 可采 煤 层 2号煤 具有 “ 三软” ，即顶板破碎 、煤层及底板松 软的特性。在高档普采工作面解决支柱钻 底 的问题 中，长期 以来 采取加木 鞋的方 法。不仅消耗了大量坑木 ，增加了运料1 二 作量，而且仍然没有从根本上改变其支护 状况，致使顶板下沉量高达 6 3 21 mm，支 柱钻底量仍达 5 0 0 ram 左右。其 丰要原 因 就是 由于木材横向抗压能力低，可压缩最 大，最后有大量的支柱压坏木鞋后而钻人 底板，为此，改用 了由邢台矿山支护r生 产的 DZ型金属柱鞋。本文就其使用的条 件及效果介绍 如下 。 一 、工 作面概 况 使用金 属柱 鞋的 2号煤层 l 】 2 5] 作 面 ， 直 接 顶 板 为 深 灰 色 粉 砂 岩 ， 厚 3 ． 1 2 m，老顶 为 中细砂岩，底部为薄煤层 状，平均厚度 1 4 ． 1 m，底板为砂质泥岩 ， 平 均厚 度 2 ． 0 8 m，遇 水 膨胀 严 重 。煤 层 厚 度 不 稳定 ， 平均 厚 2 ． 5 2 m，煤 抗 压 人 强度 为4 ． 9 MP a 。 该 工 作 面 走 向 长 度 甲 均 4 0 0 m，倾斜 长度 1 3 5 m，煤层倾角 9 。左 右，采用走 向长壁采煤法，沿 顶留底煤 回 采 ， 使 用ML S 一1 0 0型 滚 筒 采 煤 机 ， S GW一1 5 0可弯曲输送机，DZ 一 2 2单体液 压 支 柱 配 合HDJ A一1 0 0 0顶 梁 ， 排 距 l0 m，柱 距 0 ． 5 m， 两采 一 准 ， 3 ～5排 控 顶，最 大及最小 控顶距 为 5 ． 5 m 和 35 m。 该工作面原来使用规格为 l 5 1 2 8 0 c m的木鞋，可支设两棵 支柱，每 日两 班生 产 。 日消 耗 2 7 0块 ， 一次性 报 废 。后 改用金属柱鞋，一次在工作面内投入 1 4 0 0 块 、 上 F顺 槽 4 0 0块 。 浚 柱 鞋 直 径 为 3 0 0 mm。 抗 压人 能 力 4 5 0 k N， 在 支柱 达 额 定 工 作 阻 力 时 对 底 板 的 比 压 为 4 ． 2 4 MP a ． 比单 体液压支柱本身额定阻力 对底板的此压 f 2 7 ．4 MP a 降低了 8 4 ． 5 ％ 见表 1 。 墩工 作 面使 用 两种型 式 的l件 鞋 ， 并 分 别 进 行 了 矿 压 显 现 观 测 。 在 裂断的特点及其直接顶的周期性作用 ，都 会使工作面顶板产生很大的沉降虽。支柱 易插底时，分析判断工作 面顶板来压，必 须以支撑力为主要依据，顶板沉降量作为 参考依据。 2 ． 不能阻某一固定控顶排的支撑力束 作为判断顶板来压依据。在实测 中第二控 顶排的支撑力大于第三控顶排， 当第 控 顶排推进到第三控顶排时，所测支撑力 下 降，这说 明在第二控顶排顶板来压，推进 到第三控顶排 时来压完成，所 以应综合判 断工作面是否来压。 责任编辑曹胜根’ 作 者 简 介 桃 建 华 ． ， 鲋 7丰 r 西 土 学 采 矿 工程 寺 业 毕 业广 西 台 山 局 生 产 处 采 矿 肋 工 ， 首 在台 山 科 枝 0 噩 国内 有 是舍 议 点表 心 卫 8篇璁 末加 谊局 “ 沿 空 掘 进 t 煤 枉 开 采” 等 课 题 工 作 。 矿 山 压 力 与 城 托 管 理1 9 9 2 弛 45 ’ i 维普资讯