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近距离煤层矸石带下采煤与矿压的再平衡 第六图书馆 矸石带下采煤 矿压显现 回采工作面 冒落带 平衡规律 近距离煤层开采东北煤炭技术彭传业鸡西矿务局职工工学院1990 第六图书馆 第六图书馆 试验研 究 近距离煤层矸石带下采煤与矿压的再平衡 鸡西矿务局职 工工学 院 彭传业 正阳煤矿 1 9 8 2 1 9 8 3 年在矸石带下 1 m 左右的位置处采 煤 ， 安 全地推进了3 6 0 m。 回采期间，进行 矿压观测，发现矸石带和 冒 落 ≮ 下 的 立 瞧苯是一 这 表 明，只要掌握矸石 带下矿压 的 变 化 特 点 ， 在近距离煤 层的矸石带下安全采 煤 是 可 行 的 。 一 、 回采工作 面情 况 这 次矸石带下采煤是在 正阳矿三采 区进 行的 。该 区距地面垂 深 2 4 0 2 5 0 m， 共 采 2 9 、2 7 上、 2 7 T三个煤层 。层间距2 9 至2 7 上为 0 ． 9 ～2 ． 4 mj 2 7 到2 7 T为0 ． 8 ～1 ． 0 m。 采区内实行三层煤 联合 布置 ， 区段石 门 联 系。开采期间采用4 ～5 m 矸石 带维护运输 巷，作 为下一片盘 的 回 风 巷 图 1， 这 样 ，在 开采2 7 煤层的 右二路和右三路时 ， 在 工作面 的上部 都存在有矸 石带下采煤的 问 题。1 9 8 2 I 9 8 3 年将两个工作面 采完 ，未发 现矿压增加 ，达到了安全 回采的 目的。 1 巷道 市置 圈 二、矸石带 下的压力集 中 运输 巷上侧的矸石带 和煤柱 一样，在上 侧工作面回采后，受到了采动影响，形成了 矸石 带下面的压 力升 高区，矸石带 附近 的压 力降低区，以及冒落 区内的压力稳定区。同 样，矸石 带下侧工作面 回采后 ，形成了 与上 侧工作面采动影 响范围相对称 的 压 力 升 高 区、压力降低 区和压 力稳 定 区 如 图 2 。 图 中K为压力集 中系数。根据 一些地 区 的观测，受一侧 采动 影 响时， K值 为 2 ． 5 3，受两侧 采动影响时， K值为4 ～5 。 4 3 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 罔 2 开采 平 面 内采 空 区、矸 石 带 煤层 压力 分 布 K 一 受 一侧栗 动影响 的集 中系 数，Kt 一 受两 倒采动 影响 的集 中系戢 I A-- 原岩 应力 Ⅸ， B B 一 压力 升高 区I C Cz 压 力降低 区，D一 压力再 稳定 区 矸石 带下的集 中压力 ，逐渐向矸石带下 面 的岩层 中传 播。在下 面的岩 层中形成如 图 3所示 的压力变化。 B 2 B B 下r 一 _ __ ≠ 、L ，，1 ／ ＼ ＼ J 。 7 I I i 2 T ＼ ； l ／ 冈 3 矸石 带 集中压 力 向底 板岩 层传 播 形 成 的集 中压 力 ZB一 矸石 带宽度 ， m，Z一 到矸石 带下 面 的垂 直距离 ． m， X一 割 矸石 带 的水平距 离 ， mI aa 2 ／ Po ． 9 ， o ． 8 - “ o ． 1 为 压力传 播 系数 ， a 2 一 矸石 带下 面 Z处 的 压 力 1 0 PaI P K Y H 矸 石 带 下 的 集 中 压 力 1 0 PaI Y 一 上 疆 岩 层 窖 重 ， t ／ m0 J H一难 埔表垂 罐 ． m 在采深 H一定，上覆岩 层容重 Y 一定 的 前提下，a 与压力传播系数a 和压力集中系 数K 成正 比，即 44 a a KYH 1 由上述 公式 汁算2 9 层 矸石 带 该矸石 带 受2 9 层两侧 工作 面的 采动 影响下 l m处 的 J 于 ； 力为 a． 0 ． 9 4 ～ 5 ’ TH 3 ． 6 ～ 4 ． 5 YH 2 即回采 2 7 - I 层时，2 9 层矸石 带下面的顶板压 力将是 正常 顶板压力 的3 ． 6 ～ 4 ． 5 倍。如果此 处 的支护强 度没 有增 加，将可能 出现 工作 面 冒顶 。 三 、矸 石带下和 ■落 带下 的矿压特性 曲娃 根据上 面的分析 ，为了 防止压力集 中， 压垮工作 面，在开采 2 7 层时，初期矸石 带 下除正常支护外，增设了两个话木垛，随采 随移。经观察，顶板压力并没有 增 大 的 现 象 。随之撤 消了木垛 ，并在 矸石带下和两侧 的 冒落 带下 ， 设 了四条矿压观测 线。 其中 矸石 带下设两条 ，间距2 m；矸石带 以上 1 3 m处的 冒落带 下和矸石 带 以下2 0 m 处的 冒落带下各 设一条 图 4， 以便对测定的数据进行比 较，决定取舍 。观测 后，得到 了在 工作 面的 控顶距 内矸石带 下和 冒落 带下基本相 同的顶 板压力 和顶板 下沉量 曲线 。 图 4 潮线 布置 、l、I Ⅳ一 线位 置 图 5 是控预距内各排支柱的顶板压力和 顶板下沉量 曲线。其中虚线为冒落带下的矿 压曲线，实线为矸石带下的矿压曲线。两条 曲线的数值和特性基本是相同的 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 ，乒二 二 。 一 。 卜 r 弋 一 害塑 捱 。1 刊 煤 壁 更 一 c { ， 一 ～ 一 ， ， 6沿走 向按 循环 测 定 的矿 压 曲线 ⋯ 冒落带 下 矿 压 曲 鳗 一 矸石 带下 矿压 曲线 这种矸石 带下 和 冒落带 下矿压 相 同的特 点，说明两处的压力均已恢复到稳定压力状 态， 即原岩压力 YH 状态 。因此 ，开 采 2 7 层期间 ，可 以用 一种支护形式 达到安 全 回采 的 目的。 四、压力再 平斯 矸石 带下的压力集 中，矸石 带两侧 冒落 带下的压力降低，面后又都恢复到稳定压力 状态，体现 了矿 山压力的平衡一不 平衡一 再 平衡的规律。这种规律不仅在开采的平面内 是这样，在开采的垂直面内，也是这样。而 且两个 方 向上 的平衡、不平衡 到再平衡 的形 成过程是同时进行的。 矿压的这种变 化， 要体 现存压 力集中 系数 K值 的变化。 它受 三 个圈 索的影响 ； 一 侧 采动还是两侧采 动 } 矸石 带到工作面 的距离 ； 存在的时间。 当矸石带两侧均_已回采， 集中系 数 K将只随时间变化 ， 如 图7 所示 。图中t 表 示煤层回采后，矸石带下和冒落带下的压力 图 7 压力 随时 间 的变 化 曲线 1 一 回栗工 作 面控 距压力 曲线 I 2 -- 矸石 带下 压 力 曲 线I 3 一 冒落 带下 压 力曲 线 逐渐恢复到稳定状态的时间。 在这个过程中． 矸石带将逐渐被压缩，煤柱则通过蠕变的形 式，使压力由升 高而后降低 图中曲线2 ， 其K值由大于1 而后恢复到l ’冒落带内的顶 板岩层通过下沉，垮落，压实， 使 压 力 逐 渐 升高，其 K值 由小于l 而后 恢复 到l 。 当 K 值恢复到 1 后，集中压力在底板岩层中传播 的压力升高和压力降低 区，也将相应的恢复 到 原岩 应力状 态，从 而达 到新的平 衡。 压力平衡 由破坏 到再 平衡 的时间可 以通 过 地面的岩移观 测、 井下 的矿压观 测或其他 手段 确定。 1 ．地面岩移观测 井下煤层 开采造成 了上覆 岩 层 垮 落 和 移动。 当这种 移动 影响 到地 表并 且地表的移 动 已经停止的 时候 ，也就说 明开 采地点达 到 了稳定．由井下开采开始到地表移动停止的 时间，就是矸石带 或煤柱下压力由升高 4 5 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 或智菲带内压力降低恢复到稳定压力的 时问。 2．井下矿 压观 测 正 阳矿 五采区3 7 层和五采 区2 7 层 井下 _矿压观测 的结果 表明，直接范 围内的稳定 时 问，一般 为4 ～5 个 月，如 表 1所 示。 正 阳矿 矸石带下 回采 的两个 工作面都选 在稳定 时间之后 ，如表 2。2 7 层 右二 路是 在2 9 层右一路的矸石带两侧都形成冒落带后 1 6 个月开始 回采的。2 7 - k层 右三路工作面 是 在2 9 层 右二 路的矸石带两侧 都形成 冒落带后 矸石带下回采时间 1 9 个月开始回采的。 两 个 工 作 面 共 推 进 3 6 0 m。矸石 带下 和 冒落带下均采 用 HZ W A 一 2 3 0 0型微 增阻金属摩擦支柱 和 HDJ A一 8 O 0 型绞接顶梁 ，以同样的支护密 度支护顶板， 未 发生冒顶 事故。 井下理 直接范置内顶板氇定时间 寰1 一～一～ 一 三采2 7 层i 2 ． 1 2 6 0 1 5 3 l 2 。 五 采3 7 层‘ 2 ． 4．8 0 r 2 2 0 l 3 0 襄 2 带 垂距 l果 高 问黼 宽 高 地点 一 k 授 l 下 侧 层 开 采 时 问 m m 月 皿 m 右 一 路 2 9 I1 9 8 0 ． 7 ～ 1 9 8 0 ． 1 2 1 9 8 1 ． 1 ～ l 9 8 1 ． 8 5 1 ． 8 1 9 8 2 ． 5 ～ l 9 8 3 ． 2 1 ． 0 2 ． 2 I 6 右二路 2 9 1 9 8 1 ． 1 ～1 9 8 1 ． 8 1 9 8 1 ． 8 ～ 1 9 8 2 ． 5 5 1 ． 8 1 9 8 3 ． 3 ～1 9 8 3 ． 9 1 ． 0 ～ 1 ． 2 2 ． 2 l 9 五、矿压再平衡 规律 的应 用 1．跳采和 回收煤柱。 目前 综采 工作面 较广泛 地实行跳采。这是在 回采工作 面上 下 两侧的工作面均已采完，成为两侧都是 冒落 带的所谓 “ 孤岛 ，然后沿 空掘进 回风巷和 运输 巷进 行 回采的一种方式。 由于两侧 为 冒 落带，工作面两端的煤层内将形 成 集 中压 力。这种 集 中压力经过 一定时间后将恢 复到 稳定压力， 可以正常回采。 井筒的 护巷 煤柱和跳采 工作 面一样，经 过沿空掘巷，可 以使工作面正常 回采。 2 ．煤柱下采煤。矸石带和煤柱的承压 性 质不 同I矸石 带初期并不承受压力 ，只有 4 6 在压实后 下沉 量 为 矸 石 带 高 的 1 9 ～ 3 5 才能承受压力，形成集中压力}煤柱 从开始 就承受压力，和 矸石 带下面的集 中压 力一样，经过一定时间后，将恢复到稳定状 态。这 样，在近距离煤层的开 采 中，上层 煤 因各 种原因 留设的煤柱将 不影 响压 力稳 定之 后下层煤 的开采。 3．巷道 布置 。矸石带、 煤柱 在底 板岩 层 中形成 的压 力集中一直被看 成布 置巷 道的 “ 禁 区 。如果 集中压力 已经 形成，就可 按照稳定的时间，在压力恢复到 稳 定 状 态 后，再布置巷道。这样，原来的禁 区就变 成 从开采到压力稳定一段时间内的禁区，其他 时间就可以按稳定状态布置巷道。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆