缓倾斜厚煤层综放工作面矿压显现规律研究.pdf

I S S N 1 6 712 9 0 0 C N 4 3 1 3 4 7 ／ T D 采矿技术第6卷第3期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，Vo 1 ． 6， No ． 3 2 0 0 6年 9月 S e p ． 2 0 0 6 缓 倾 斜 厚 煤 层 综 放 工 作 面 矿 压 显 现 规 律 研 究 温兴林 ， 常西坤 ， 李法柱 ， 王根盛2 1 ． 山东科技大学矿山灾害预防控制重点实验室， 山东 青岛2 6 6 5 1 0 ； 2 ． 淄博矿业集团葛亭煤矿， 山东 济宁市 2 7 2 1 7 3 摘要 通过对葛亭煤矿 2 3 1 0综放工作面矿山压力进行综合分析和研究， 探讨了该工作 面的矿压显现规律 ， 对于了解综放工作面的矿压规律、 合理确定支架的工作阻力和结构型 式具有一定的借鉴作 用。 关键词 缓倾斜 ； 厚煤层 ； 综放 工作面 ； 矿压显现 1 概述 淄博矿业集团葛亭煤矿 2 3 1 0综放工作面位于 2 3 0 东翼采区南部， 北以2 3 0东翼胶带上山为界， 东 至2 3 1 2工作面， 南到 F ， 断层， 西为 2 3 0 8工作面， 工 作面东北部正在施工 2 3 0东 翼轨道上 山顶 车场 和 2 3 0 4轨道顺槽， 周围均为未采区， 是 2 3 0东翼采区 的第一个回采综放工作面 ， 开采深度 4 7 0 i n ， 工 作面 斜长 1 4 5 i n 。该 面 开采 山西 组 3煤 层 ， 煤 层 厚 度 6 ， 2 0～ 8 ． 5 0 in ， 平均 7 ． 5 9 in ， 煤层走 向 8 0 。 ， 倾向 1 7 0 。 ， 倾角 8 。 ～ 2 5 。 ， 平均 1 5 。 。煤层基本顶为中砂 岩， 厚度 1 7 ． 9 1 in ， 直接顶为砂质泥岩， 岩石破碎， 平 均厚度 2 ． 7 5 i n ， 直接底为砂质泥岩 ， 局部为砂岩 ， 厚 1 ． 3 6 i n ， 老底为细砂岩 ， 厚 4 ． 6 0 i n 。 巷道断面均为矩形， 用锚网索联合支护。超前 支护距离回风巷不少于 4 0 i n ， 运输巷不 少于 2 0 i n ， 轨道、 皮带顺槽采用单体液压支柱配合铰接顶梁的 超前支护方式。工作面配置 9 5架 Z F 4 2 0 0 ／ 1 6 ／ 2 6型 低位放顶煤液压支架 ， 上 、 下端头选用 Z F G 4 2 0 0 ／ 1 6 ／ 2 6型过渡支架 5架 上端头 3架， 下端头 2架 ， 共 计 1 0 0架。 采用倾斜长壁后退式综采放顶煤采煤法， 采高 2 ． 4 i n ， 割煤深度0 ． 6 in ， 液压支架尾梁插板伸缩、 摆 动放顶煤 ， 放煤高度 5 ． 1 9 i n ， 采放 比为 12 ． 1 6 。 2 矿压观测方法 根据 2 3 1 0工作面采矿地质条件并结合 以往开 采的经验， 选定与煤壁始终保持等距离的固定测点 分别为4 ， 8 ， 1 2和 1 6 in 点。工作面共设上、 中、 下 3 个测站 ， 测站 I、 Ⅱ、 Ⅲ分别对应 于第 8 ， 5 1 ， 9 4 支 架 见图1 。用圆图压力 自 记仪测出前后左右支柱 的初撑力和工作阻力 ； 用钢卷尺 、 钢直尺分别测出煤 壁片帮深度和支架活柱压缩量 。 图 1 工作面测站布置 3 矿压观测结果分析 3 ． 1 直接顶跨落 根据现场实际观测， 直接顶初次垮落先从工作 面中部开始， 然后上部、 下部顺序垮落， 垮落步距约 为 2 0～ 2 5 i n ， 平均为 2 2 i n 。从 图 2中可看 出， 当工 作面推进到 2 5 i n时 ， 顶底板 移近速 度有一 个小峰 值， 表明此时工作面直接顶开始跨落。 十4I l l 点 十8i n 点 ’ - o 1 2in 点 n l 6in 点 f I ● w ．／ 『 f l n f 弧f I I - 儿『▲ L 哦 』 严 】 L ． 一．J f A -f 、 I I‘ I I『 ＼ I ； W L ．， ＼ ． 量』Z 1 t ． ． 雎 ■ - 瓦 _ J ■ 童 ， 思脯 喝 嗣■ 飘 、且 - ● ＼ 厂 翟r 0 5 1 0 1 ,5 2 O 2 5 3 0 3 5 4 O 4 5 5 O 工作面推进距离 in 图 2 动态仪皮带巷 05 0 n 1 观测结果 3 ． 2 老顶的运动规律 6月 1 1日中午 1 2时， 皮带巷煤壁前方 4 ， 8 in 点处顶底板移近速度出现大幅度上升 ， 先是4 in 点， 最大达 9 ． 1 0 mm ／ h ， 随 后 8 I T I 点 ， 移 动量 达 6 ． 6 4 O 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 一 毛v 蛙卜 黔旧 H 维普资讯 3 1 0 采矿技朱 m m ／ h ， 随后 1 2 i n 点也略有上升， 但上升量比较小， 到 1 2日8时达到峰值； 而 8 in点 此时工作面掘进 距离为4 0 i n 随后移动速度降低又反弹； 到 1 3 号早 班结束时， 轨道巷顶板活动规律 即动态仪观测到 的顶底板移动速度与工作面推进距离间的关系 与 皮带巷具有类似情况， 都是出现在4 ， 8 in点顶底板 处， 这都说明了此时老顶断裂， 断裂位置约在工作面 前方 4 8 i n 处， 由此确定老顶的初次来压已经到 来 ， 来压步距 为 4 0 i n 左右。 老顶断裂后， 工作面随之来压， 根据现场观测工 作面支架压力表的读数大部分达到 3 ． 0 1 0 P a以 上， 个别达到4 ． 0 1 0 P a ， 安全阀部分开启， 出现了 煤壁片帮， 片帮深度达到 1 ． 2 i n ， 顶煤冒落度加大， 来压持续时间1 2 d 。当工作面推进至 1 5 0 i n 时轨 道巷和皮带巷分别获得 1 个初次来压和4个周期来 压 见表 1 。 表 1 轨道巷、 皮带巷周期来压步距 周期来 压次数 轨道巷 皮带巷 工作面 m 来压步距 m 工作面 m来压步距 m 由表 1可看 出， 轨道巷和皮带巷矿压显现规 律 基本一致， 但从其移动速度峰值来看， 皮带巷前 1 5 0 in 范围内其移动速度明显大于轨道巷。当工作面推 进到 1 5 0 i n时， 轨道巷周期来压最小 为 2 1 ． 2 i n ， 最 大为 2 5 i n ， 平均为 2 3 ． 2 5 i n ； 皮带巷最小 为 2 1 ． 9 i n ， 最大为 2 6 i n ， 平均为 2 3 ． 5 i n ， 来压强度大于轨道巷。 3 ． 3 初撑力分析 合理的初撑力在初撑后， 能有效地控制顶板下 沉和冒落， 使端面顶板保持完整性， 因而初撑力的大 小对支架的支护效果有明显影响。2 3 1 0工作面实 测初撑力平均 2 ． 7 41 0 P a ， 是额定初撑力 3 ． 1 4 1 0 a 的8 7 ． 4 ％， 可见部分支架的初撑力较低， 利用 率较差， 对及早发挥支架的支护性能不利。 3 ． 4 支架前后、 左右柱受力情况 由现场实测结果 见表 2 可知 ， 左柱和右柱受 力相差不大， 而前柱受力要大于后柱， 前柱平均载荷 较后柱高出6 ． 5 ％， 但后柱载荷波动较大， 即非来压 期间， 前柱的载荷大于后柱； 来压期间， 前柱的载荷 小于后柱。 从支架平均工作阻力随工作面推进距离的变化 来看， 支架阻力在推进过程中整体平稳， 只是在工作 面回采初期阻力整体比较小。当工作面平均推进到 3 7 ． 4 ， 5 9 ． 8 ， 8 3 ． 7 ， 1 1 0 ． 6 ， 1 3 1 ． 1 in时， 支架工作阻力 分别出现 了一 次相 对峰值 ， 支 柱平均 阻力 分别 为 3． 9 9 91 0 ， 4． 28 4 1 0 ， 3 ．8 7 0 1 0 ， 4．1 9 4 1 0 ， 3 ． 9 3 9 1 0 P a ， 经分析， 这几次压力峰值分别对应 老顶初压和周期来压。老顶初次来压和周期来压期 间虽然支架阻力有所增加， 但幅度很小， 说明老顶来 压不明显， 来压时的动载系数比较小， 最大仅为1 ． 1 9 。 表2 支架初撑力及工作阻力统计 测站 初撑力 工作 阻 测站 初撑力 工作阻力 1 2 3 ． 5 2 7 ． 9 4 ／ 5 hi ／ 右0 ． 9 7 0 ． 9 8 2 2 4 ． 2 2 8 ． 6 5 ， 6 前 ， 后 1 ． 0 8 1 ． 0 7 3 2 2． 7 2 6． 3 7 2 4． 1 2 8． 3 1 ／ 2 左／ 右0 ． 9 7 0 ． 9 8 8 撑 2 5 ． 1 2 9 ． 2 2 ／ 3 前／ 后 1 ． 0 6 1 ． 0 9 9 撑 2 3 ． 7 2 7 ． 8 4 2 6 ． 1 3 1 ． 1 7 ／ 8 h i ／ 右0 ． 9 6 0 ． 9 7 5 2 6 ． 8 3 1 ． 8 8 ／ 9 前／ 后 1 ． 0 6 1 ． 0 5 6 2 4． 8 2 9 ． 7 4 结 论 1 直接顶分层垮落， 初垮步距 1 6 ． 2 rll ， 老顶 分段来压， 初次来压步距平均2 7 ． 2 m， 周期来压步 距平均 1 6 ． 3 r ll 。 2 实测工作面上下巷道超前影响范围 1 8 r ll 左右 ， 该面上下巷道周 围均为未采区， 巷道变形量较 小， 顶底板的活动强度大于两帮的变形 ， 建议工作面 超前支护 2 5 r l l 。 3 选用 Z F 4 2 0 0 ／ 1 6 ／ 2 6型低位放顶煤液压支 架， 从架型结构、 支护强度等方面来看， 设计合理， 适 应该工作面顶板条件， 做到了“ 支得住， 放得下” 。 4 2 3 1 0 综放工作面矿压显现规律， 对葛亭煤 矿 2 3 0 采区深部煤层的开采， 具有重要的指导意义。 参考文献 [ 1 ] 宋振骐．实 用 矿 山 压 力 控 制 [ M] ．北 京 煤 炭 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 钱鸣高， 刘听成． 矿山压力及其控制[ M] ． 北京 煤炭工业出版 社 ， 1 9 9 1 ． [ 3 ] 宋建国． 大采高综采面矿压显现规律研究[ J ] ． 矿山压力与顶 板管理 ， 2 0 0 5 ， 2 1 9 2 1 ． 收稿 日期 2 0 0 60 53 0 作者简介 温兴林 1 9 6 6一 ， 男， 山东招远人 ， 副教授 ， 主要 从事特殊开采方面的研究。 一 一 6 一 O 2 4 ， 维普资讯