丁家渠煤矿薄基岩浅埋煤层首采工作面矿压实测分析.pdf

2 0 0 9 年第1 2 期煤炭工程 丁家渠煤矿薄基岩浅埋煤层首采 工作面矿压实测分析 李翔1 ，张东升1 ，张炜1 ，贾正飚1 ”，刘士春1 ⋯，李先海1 ’3 1 ．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 ．山西阳泉煤业 集团 有限责任公司，山西阳泉0 4 5 0 0 0 ； 3 ．华润天能徐州煤电有限公司，江苏徐州2 2 1 0 0 2 摘要丁家渠煤矿基岩比较薄、松散载荷层厚度比较大，属于典型的浅埋煤层。为了解其 矿压显现规律。对4 1 0 1 首采工作面进行了现场实测，通过采集测站内各支架的工作阻力数据， 并应用矿压数据综合处理系统“尤洛卡”进行分析，得出4 1 0 1 工作面矿压显现规律初次来压 步距大于5 0 m ，周期来压步距1 2 1 9 m ，平均1 4 m ；来压期间工作面中部支架阻力普遍大于两端 支架阻力，中部来压较两端明显。研究证明支架初撑力基本符合管理要求，末阻力总体比较富 余，支架选型比较合理，满足该地质条件下煤层开采的要求。 关键词浅埋煤层；首采工作面；矿压观测；矿压显现 中图分类号T D 3 2 5 ．4文献标识码B文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 9 1 2 - 0 0 6 3 - 0 3 内蒙古伊泰同达煤炭有限责任公司丁家渠煤矿为新建 矿井，设计年产1 2 0 万t ，主要可采煤层为中下侏罗统延安 组4 2 煤层，埋深约为4 0 一8 0 m ，顶板比较完整、裂隙不 发育。此类煤层埋藏浅，基载比小，属于典型的浅埋煤 层⋯。为了解该煤层矿压显现规律及岩层移动特征，准确 掌握工作面顶板初次来压、周期来压步距和强度，分析回 采空间支架与围岩相互作用关系，合理选择采煤参数，支 护方式和顶板管理方法，便于该工作面以及该矿其他工作 面安全正常生产，对4 1 0 1 首采工作面进行了矿压观 测[ 2 - 3 ] 。随着开采的深入，神府矿区类似丁家渠基岩比较 薄、松散载荷层厚度比较大的浅埋煤层的开采日益增多， 对此进行研究应用前景广泛。随着浅埋层工作面推进速度 和产量的日益提高，取得大量的实际资料是十分必要的卜o 。 1 采矿地质条件 4 1 0 1 工作面属可采4 2 煤层，平均厚度为2 ．7 m ，埋 深小于8 0 m ，构造简单，煤层倾角小于3 。。含1 ～2 层夹 矸，层厚0 ．3 0 ～0 ．8 0 m 。煤层顶板岩性为砂质泥岩、细粒 砂岩；底板岩性为砂质泥岩、粉砂岩。顶、底板岩性介于 软弱一中等坚硬之间，岩体较完整，裂隙不甚发育。 4 1 0 1 工作面长度为2 0 0 m ，走向长1 1 7 0 m ，采高2 ．6 m 。 工作面采用走向长壁综合机械化采煤法，一次采全高，全 部垮落法管理顶板，选用两柱掩护式液压支架Z Y 6 8 0 0 ／1 4 ／ 3 2 支护顶板。 2 观测方案 2 ．1 观测内容 1 4 1 0 1 工作面矿压显现规律研究分析。应用信息技 术和矿压数据综合处理系统“尤洛卡”，分析总结该综采面 的矿压显现规律，包括初次来压步距、周期来压步距、周 期来压强度等。 2 4 1 0 1 工作面支架适应性分析。通过实测数据的分 析以及宏观观测的内容，综合分析支架的工作状态、支架 的支护效果、支架对顶板的适应性等内容。 图1 系统组成示意图 2 ．2 测点布置 为了分析沿丁作面面长方向不同部位顶板的来压规律、 显现程度、支架的支护质量以及开采边界条件的影响，进 收稿日期2 0 0 9 0 9 一1 4 基金项目中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题资助项目 S K L C R S M 0 8 X 0 2 ；国家自然科 学基金资助项目 5 0 9 0 4 0 6 3 ；中围矿业大学青年科研基金资助项目 2 0 0 8 A 0 0 3 作者简介李翔 1 9 8 5 一 ，男，四川射洪人，2 0 0 6 年毕业于中困矿业大学采矿工程专业，现为中国矿业大学采矿 工程专业研究生，研究方向为矿山压力控制与绿色开采。 6 3 万方数据 煤炭工程2 0 0 9 年第1 2 期 而掌握整个工作面的压力分布情况，以采取针对性的有效 控制措施，工作面共布置1 6 个测点，采用数码直读式压力 表连续采集测站内各支架的工作阻力。1 6 个测点沿工作均 匀分布，分别布置在1 3 1 ’、1 2 5 。、1 1 7 ’、1 0 9 ’、1 0 0 。、9 1 ’、 8 l 。、7 3 。、6 6 。、5 5 ’、4 6 ’、3 7 ’、2 6 ’、1 9 ’、1 1 ’、3 ’支架上， 如图2 所示。采用直读式压力表和数码连续记录压力计， 从开切眼开始连续监测支架载荷和顶板压力，整体研究 4 1 0 1 综采面采场矿压显现规律和支架工况。在每个测点支 架的立柱上安设尤洛卡连续记录支架左柱或右柱的工作阻 力，监测仪采集支架工作阻力的时间间隔设置为5m i r t ／次； 同时观测每个测点处煤壁的片帮、端面的冒顶情况，掌握 工作面不同部位及整个工作面的矿压显现情况。 列l1 。2 。y 矿5 。6 。7 。8 。9 。1 ∥1I 。1 2 I Y l 4 “ 1 5 4 1 6 。I 五 风I 测测测测测测测测测测测测测测测测l 输 顺l 点点点点点点点点点点点点点点点点I 顺 槽fldIlIIII 刖IIIIIIIl 括 1 3 ll J71 0 08 l6 44 62 6l l 号号号号号号号号 架 架 架架架架架架 图2 工作面测点布置图 3 工作面矿压显现规律分析 3 ．1 工作面来压情况 1 初次来压。工作面推进至4 5 m 左右时，直接顶悬顶 面积达到了其强度极限，开始出现大面积的冒顶现象，基 本顶开始悬顶，上覆岩层产生裂隙并且已经扩大到工作面 煤壁以外。根据邻近矿井经验，基本顶初次来压非常强烈， 本矿在初次来压前 工作面推进至5 0 m 人工破断基本顶岩 层。人工破断后工作面上部支架最大工作阻力5 7 0 2 k N ，是 额定工作阻力的8 3 ．8 5 ％，动载系数平均为1 ．2 3 ；人工破 断前支架工作阻力4 6 0 0 k N ，是额定工作阻力的6 7 ．6 4 ％。 初次来压曲线如图3 所示。 M P a 4 5 3 5 2 5 1 5 5 I lo 一一Z r／ ， J √， 1 一1 ．‘‘L 、一J ．．。f o 1 。1 一一√ 、、 O36 91 21 5 1 8 2 l036 91 2 1 51 8 2 l 时I ’口J 图3 初次来压期间支架阻力曲线 2 周期来压。工作面推进至6 4 m 时，工作面中部第一 次周期来压，工作面中部支架工作阻力大幅增大，煤壁片 帮严重。整个过程共观测周期来压四次，来压步距为1 2 1 9 m ，平均1 4 m 。压力在5 7 2 5 6 7 0 5 k N ，最大值达到额定 工作阻力的9 7 ．4 4 ％。周期来压曲线如图4 ～图6 所示。 图4 第一次周期来压期间支架阻力曲线 ．，‘I∥ I ．‘。，。1 “ ’ 。‘’“ w r。，0 ，、 ．f ／ 一，，．I ，1 ／ 1 ’ 0 36 9 12l5 1 8 2 1036 91 21 51 82 1 2 ．2 2 距离，m2 - 2 3 距离，m 图5 第二次周期来压期间支架阻力曲线 ／／ J ⋯一一。 ／。，J 丌r ／ r 一 I ／ } 。，。一f ／一- 7 r 03691 2l51 82 l03691 21 5 1 8 2 l 2 - 2 4 距离，m2 2 5 距离，m 图6第三次周期来压期间支架阻力曲线 3 ．2 工作面来压特征 1 4 1 0 1 综采工作面支架阻力主要分布在4 5 0 0 6 0 0 0 k N 之间，工作面来压期间，中部支架动载明显，来压 非常强烈，中部支架工作阻力接近额定工作阻力，且瞬间 最大值 额定值的1 0 0 ．2 9 ％ 超过额定值。 2 沿工作面倾向，来压期间工作面中部支架阻力普遍 洲∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 0钙 ” 筋 搭 ， 川湖 姗 湖 姗 姗 4 3 2 1 万方数据 2 0 0 9 年第1 2 期煤炭工程 大于两端支架阻力，且中部来压较两端早，步距略小 中部 为1 2 1 4 m ，两端1 4 1 9 m 。现场实测也发现，中部来压 较两端剧烈，偶尔伴有架问冒顶现象。 4 支架运行特性分析 随工作面推进，每个循环内支架阻力的大小因支架操 作质量、控顶效果及顶板动态变化的影响而不同，丽且在 工作面不同位置处工作阻力的大小也有差异，反映了工作 面顶板的压力大小、支架的适应性以及支护效能的发挥程 度。这里以4 1 0 1 综采面液压支架的初撑力和循环末阻力为 指标进行分析。 取具有代表性的工作面中部7 3 。支架数据进行描述。工 作面7 3 。支架支护阻力 P 。，P 。 频率分布见图7 。 6 0 01 8 0 03 0 0 04 2 0 05 4 0 06 6 0 0 l ‘N a 初撑力 6 0 01 8 0 03 0 0 04 2 0 05 4 0 06 6 0 0 k N b 末阻力 6 6 ．6 7 ％、 5 5 ．1 0 ％、6 6 ．2 0 ％、6 7 ．1 9 ％、4 5 ．6 5 ％、 6 1 ．0 2 ％；循环末阻力大于额定工作阻力8 0 ％以上的分别 为1 5 ．6 9 ％、2 4 ．4 9 ％、5 3 ．5 2 ％、5 4 ．9 3 ％、3 7 ．7 8 ％、 1 6 ．9 5 ％，同时存在个别支架的循环末阻力最大值超过额定 工作阻力的现象，说明工作面有时来压较为剧烈，来压动 载系数较大。可见支架选型比较合适，总体有一定的富余， 但在来压期间需要加强管理，防止事故发生。 表1 各支架工作阻力分布表 5 结论 1 4 1 0 1 综采工作面初次来压步距大于5 0 m ，周期来压 步距1 2 1 9 m ，平均在1 4 m 。 2 工作面来压期间，中部支架动载明显，最大值可达 额定工作阻力；在非来压期间，工作阻力均小于其额定工 作阻力的8 0 ％。总体上非常富余。 3 4 1 0 1 综采工作面各测区支架初撑力平均值总体超 过额定值的8 0 ％，基本符合支架管理要求，但是还有个别 支架初撑力没有达到规定值，因此还需要加强支架管理。 末阻力平均值分布在额定工作阻力8 0 ％左右，总体比较富 余，监测期间未出现支架被压死或压坏现象，考虑到该顶 板来压强烈，动载明显，这样的支架选型还是较为合理的， 能够满足该地质条件下煤层开采的需要。 图77 3 支架阻力频率分布 参考文献 从图7 可以看出，7 3 。支架各个循环的初撑力最大值为 6 3 4 0 k N ，平均值为4 2 5 6 k N ，是额定初撑力的8 4 ．1 l ％。初 撑力主要分布在2 4 0 0 6 0 0 0 k N ，占统计循环数的9 2 ．8 6 ％。 循环末阻力最大值为6 8 9 0 k N ，平均值为5 7 1 4 k N ，是额定工 作阻力的8 7 ．7 4 ％。末阻力均小于额定工作阻力，主要分布 在4 8 0 0 6 6 0 0 k N 之间，占统计循环数的6 3 ．1 ％。 工作面各部位支架工作阻力分布沿工作面方向 工作面 不同部位 变化较大，对比分析见表l 。 南表3 可知，工作面1 1 7 。、1 0 0 ’、7 3 。、5 5 ’、1 9 ’、3 。 支架的初撑力大于额定初撑力8 0 ％以上的分别为 [ 1 ] 黄庆享．浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义[ J ] ．岩石 力学与工程学报，2 0 0 2 ，2 1 8 1 1 7 4 1 1 7 7 ． [ 2 ] 卢鑫，张东升，范刚伟，等．厚砂层薄基岩浅埋煤层矿压显 现规律研究[ J ] ．煤矿安全，2 0 0 8 ， 8 l O 1 2 ． [ 3 ] 封金权，张东升，王旭峰，等．土基型浅埋煤层矿压显现规 律实测与分析[ J ] ．煤矿安全，2 0 0 8 ， 1 9 0 9 2 ． [ 4 ]黄庆享．近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测研究[ J ] ． 矿l l J 压力与顶板管理，2 0 0 3 ， 3 5 8 5 9 ． [ 5 ]黄庆享，钱呜高，石平五．浅埋煤层采场老顶周期来压结构 分析[ J ] 煤炭学报，1 9 9 9 ，2 4 6 5 8 1 5 8 5 ． 责任编辑李泽荃 0 ∞ 舳 ∞ ∞ 加 O 9 l ％∞ ∞ ∞ ∞ 如 O 万方数据 丁家渠煤矿薄基岩浅埋煤层首采工作面矿压实测分析丁家渠煤矿薄基岩浅埋煤层首采工作面矿压实测分析 作者李翔， 张东升， 张炜， 贾正飚， 刘士春， 李先海 作者单位李翔,张东升,张炜中国矿业大学,矿业工程学院,江苏,徐州,221116， 贾正飚中国矿业大 学,矿业工程学院,江苏,徐州,221116;山西阳泉煤业集团有限责任公司,山西,阳泉 ,045000， 刘士春,李先海中国矿业大学,矿业工程学院,江苏,徐州,221116;华润天能徐州 煤电有限公司,江苏,徐州,221002 刊名 煤炭工程 英文刊名COAL ENGINEERING 年，卷期200912 参考文献5条参考文献5条 1.黄庆享;钱鸣高;石平五 浅埋煤层采场老顶周期来压结构分析 199906 2.黄庆享 近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测研究[期刊论文]-矿山压力与顶板管理 200303 3.封金权;张东升;王旭峰 土基型浅埋煤层矿压显现规律实测与分析[期刊论文]-煤矿安全 200801 4.卢鑫;张东升;范刚伟 厚砂层薄基岩浅埋煤层矿压显现规律研究[期刊论文]-煤矿安全 200808 5.黄庆享 浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义[期刊论文]-岩石力学与工程学报 200208 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 崔廷锋.郭念波.尤亚.刘东亮 浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律实测分析[期刊论文]-煤炭科技20094 2. 高召宁.石平五.姚令侃.GAO Zhao-ning.SHI Ping-wu.YAO Ling-kan 中小煤矿在浅埋薄基岩下开采灾害防治研 究[期刊论文]-采矿与安全工程学报2006,232 3. 汪青仓.赵永飞 浅埋深工作面矿压观测[期刊论文]-矿山压力与顶板管理2004,213 4. 尹龙吉.Yin Longji 浅埋煤层长壁开采支架阻力及安全界限[期刊论文]-价值工程2010,291 5. 张杰.ZHANG Jie 南梁厚土层浅埋单体长壁工作面矿压规律实测分析[期刊论文]-湖南科技大学学报（自然科学 版）2007,224 6. 殷德威.魏波 近距离厚煤层下行开采综放工作面矿压研究[会议论文]-2006 7. 黄井武.陈耀辉.李思标 赵坡煤矿16302工作面矿压观测研究[期刊论文]-山东煤炭科技20083 8. 王福.WANG Fu 浅埋煤层长壁开采矿压显现规律[期刊论文]-内蒙古煤炭经济20081 9. 陈本华.桂兵.游卫勇 济三煤矿十二采区首采工作面矿压观测研究[期刊论文]-山东煤炭科技20104 10. 刘小强.Liu Xiaoqiang 综采工作面矿压观测数字化传输的研究[期刊论文]-中国煤炭2009,351 本文链接