急倾斜煤层开采过程中的矿压显现监测.pdf

2 O 0 7 年2 月 矿 业安 全 与环保 第3 4 卷第1 期 急倾斜煤层开采过程中的矿压显现监测 窦庆峰 山东潍坊学院， 山东 潍坊 2 6 1 0 6 1 摘要 针对西南地 区特有的急倾斜薄煤层开采所 引起的岩层移动进行监测， 研究结果表明 在 急 倾斜薄煤层开采 中， 虽然煤层较薄， 采区巷道的矿压显现仍较强烈， 在煤巷掘进期 间会产生较大变形 ， 回 采后变形将会继续加大。 关键词 急倾斜煤层； 矿压显现 ； 监测 中图分类号 T D 8 2 3 ． 2 1 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 4 4 9 5 2 0 0 7 0 l 一0 0 2 5 0 2 谣南地区煤层地质情况较复杂， 大部分为倾斜 及急倾斜煤层， 矿压显现规律十分复杂。目前， 地质 采矿条件好的区域， 所剩的可采储量已经不多， 采矿 作业不得不转向开采条件较差的区域， 如急倾斜、 薄 煤层等区域， 使得矿压显现更为突出n 1 引 。 1 矿井地质概况 研究矿井出露最老地层为下二叠统茅 口组 ， 最 新为上三叠统须家河组， 平均厚 1 3 4 0 ． 5 m 。 地层倾角从倾斜至急倾斜， 一般为 3 0 ～ 6 5 。 ， 平 均倾角 4 5 。 ， 并伴有北东向或北北东向的次级褶皱和 挠曲。矿井内主要影响生产的构造因素是断层。原 勘探查 明的断层共 5 l 条 ， 生产期 间在一水平共查明 主要断层 7 5 条 ， 补勘查明断层 5 条 ， 共计 1 3 1 条。 煤系地层为上二叠统宣威组， 按岩性分为 A ， B ， c三段。由下而上分别是 A段， 厚 3 5 6 5 m， 平均 厚为 4 4 ． 9 3 m。B段 ， 厚 3 0 ． 7 0～6 4 ． 0 3 m， 一般厚为 4 2 ． 3 8 m； 下部 以浅灰色黏土岩及 中至厚层状细砂岩 为主， 夹泥岩、 砂质泥岩， 含煤线2 ～ 3 层； 煤层由下往 上分别为 B 。 ， B 2 ， ， B 4 ， B 4 煤层位于本段顶部。c 段 ， 厚 l 9 ． 7 0～4 4 ． 0 m， 一般厚为 3 1 ． 3 2 m； 本段含煤 2 ～ 3 层， 煤层位于顶部； 岩性为灰色、 深灰色薄至 中厚层状泥岩 、 砂质泥岩、 细砂岩 ， 中夹泥灰岩、 生物 碎屑灰岩 5 ～8 层， 灰岩层数由西向东增多； 含动植 物化石丰富。 各煤层顶底板岩石物理力学性质见表 1 。 收稿 日期 “ 2 0 0 6 0 6 0 9 ； 2 0 0 61 02 3修回 作者简介 赛庆峰 1 9 -6 5 _ - ， 女， 山东人， 主要从事公路工 程的科研和教学工作。 裹 1 矿井岩石物理力学机械性质试验数据 2 监测方案设计 2 ． 1 监测目的 摸清急倾斜煤层开采过程中， 采煤工作面的矿 压显现程度、 矿压显现特点及其规律； 摸清在采动影 响下， 回采巷道的变形过程和规律， 便于掌握其矿压 显现特点； 摸清随着工作面推进， 直接顶和老顶来压 的步距及其规律。 2 ． 2 观测内容 观测工作面的三量 顶板移近量、 支柱活塞下缩 量和支柱阻力 ； 测定底板抗压强度 底板 比压仪 ； 工作面前方 5 0 m范围内风巷顶板下沉量和该处的 支柱阻力 顶板动态仪、 阻力测定仪 ； 直接顶和老顶 2 5 维普资讯 2 0 c r 7 年2 月 矿 业安 全 与 环保 第3 4 卷第 1 期 周期来压步距 。 2 ． 3 观测方法和观测制度L 4 J 1 在观测工作面的三量时， 顶板移近量通过前 后 2次顶底板间距之差得到 ， 在 测定顶底板 间距 时 用矿用测尺测量 ， 而且在支柱和 回柱前后 的 2次测 量 中， 顶底板垂高测点要保持固定 必要时做好观测 记号 ， 以方便下次测量 。 2 测定底板抗压强度 时， 至少要在 5个 以上底 板完整的不同地点进行测试， 再取平均值。 3 风巷 内测顶板下沉量 时， 在测量 的起初要将 仪器 顶板动态仪 安装在距离工作面 5 0 i n 处并靠 煤层顶板一帮固定， 直到观测结束， 注意特别要保护 好仪器， 不能让任何人移动。观测 时间就是采煤工 作面推进到前 5 0 in 处所需的时间。 4 直接顶周期来压步距若是在采空区不便测 量， 也可以在风巷中量取其等效长度。 3 3 1 1 4风巷矿压显现规律 3 1 1 4风巷为研究矿井 中的一条半煤岩巷道 ， 煤 质软 ， 顶板为泥岩 ， 巷道 的顶部破碎 ， 整条巷道基本 上都已经垮落完， 垮落高度最大值为 6 0 0 i n In ， 巷道 顶部由于断层和节理 的影 响有淋水 现象 ， 巷道 前方 工作面素描图见图 1 。 图 1 3 1 1 4风巷掘进工作面素描图 该巷道由于顶部太破碎， 垮落严重， 所以 B -B 断面的顶眼无法打 ， 只打了两 帮的眼孔 ， B -B断 面 的布置见 图 2 。 图 2 3 1 1 4风巷监测断面布置图 因此能观测到的只有两 帮的移近量 ， 对于顶板 下沉量 只能采取其他 方法。而且 3 1 1 4风巷即将在 2 6 2 O O 6年 1 1 月开始采煤 ， 最好能够观测到采动对巷道 变形的影响。 监测结果见图 3和图 4 。由图 3可见 ， 监测期间 各断面的日 变形量均处于不稳定状态， 最大值超过 6 i n I n ， 导致累计变形量不断增加。5 O多 d的累计 变 形量超过 5 0 m m 见图 4 ， 说明该巷道的矿压显现非 常剧烈。 {9 O l ▲ ． ． ． 观测时间 ， d 图3 各监测断面的 日变形波动值 观 测 时 问 ／ d 图4 各监测断面累计水平变形量 3 1 1 4 风巷由于受采动影响， 矿压显现较强烈， 水 平变形呈直线上升趋势 见图4 。矿压显现使巷道 的中部出现水量较大的涌水， 而且在靠近工作面方 向 1 0 i n 范 围内的巷道发生鼓帮现象。巷道 内也 出 现底豉现象， 使运输轨道发生一定程度的弯曲、 倾 斜。随着巷道掘进工作面的推进， 这些现象越来越 严重。图4 中水平变形量的直线增加也说明了这一 点。可见随着工作面的不断推进， 对已经建成的巷 道有很大的影响。 4 结语 经过 5 0 多 d 的监测发现， 3 1 1 4 巷道每天都有较 明显 的变 形 ， 日变形量 均在 3 i n I n以上 ， 有 时可达 6 i n I n ， 累计变形量呈现直线上升趋势 。目前 ， 巷道的 变形已经较 明显 ， 金属梯形支架有些倾 斜。3 1 1 4巷 道还没有开始采煤 ， 矿压显现就 已经较强烈 ， 一旦开 始采煤 ， 势必对巷道的稳定性造成更大 的影响， 对此 需要引起 足够 的重视。另外一 条 3 1 1 6巷道 的监测 结果与 3 3 1 4巷道具有相同规律。 研究结果表明， 在急倾斜煤层开采中， 采 区巷道 的矿压显现 比较强烈 ， 在巷道掘进时即有可能产生 较大变形 ， 煤层开采后变形将会继续加大。 因此 ， 对 下转第 3 0页 维普资讯 2 0 c r 7 年2 月 矿 业安 全 与环 保 第3 4 卷第 1 期 4 0 0 m组 Q 抽6 9 0 1 8 7 ． 6 5 1 一e - 0 ． 啷 ‘ 7 3 不同抽采时间、 不同钻孔间距的预抽率。当 预抽时间分别为 0 ． 5 ， 1 ， 2 ， 3 a ， 钻孔间距分别为 1 5 ， 2 0 ， 3 0 m时的预抽率， 按式 4 计算 ， 结果见表 5 。 裹5 千米技状长钻孔不同抽采时间、 不同钻孔间距的预抽率 钻孔组 钻孔间 距， 预抽率， ％ 别I m m 抽采时间O ． 5 a 抽采时间l a抽采时间2 a 抽采时间3 a l 5 5 6 ． 0 6 6 0 0 ∞ ， 9 ． 5 2 6 9 ． 钾 3 o 4 6． 3 l 4 7． 4 2 注 煤层原 始瓦 斯含量1 4 ． 0 I t 、 残余瓦 斯含 量4 ． 2 I t ， 煤层极限预抽 率为 7 o ％。 按开采前要求煤层瓦斯含量降到8 m 3 1 t g t T计【 、 预抽率应为4 2 ． 8 6 ％ 以上。表中。 ” 表示预抽率在4 2 ． 8 6 ％一 7 o ％之外。 4 大宁矿保证安全生产的不同预抽时间、 不同钻孔 长度条件下的钻孔间距。 根据研究， 确保首采综放面安 全生产的预抽率应为4 5 ％。分析表 5 可得 a ． 综放面预抽时间为 0 ． 5 a ， 选用 8 0 0m或 6 0 0m 组钻孔时， 其钻孔间距以1 5 m为宜， 选用4 0 0 m组钻 孔时其钻孔间距以 2 0 m为宜； b ． 综放 面预抽时间为 1 a ， 选用 8 0 0 m或 6 0 0 m 组钻孔时， 其钻孔间距以2 0m为宜， 选用4 0 0 m组钻 孔时其钻孔间距以3 0 m为宜； c ． 综放面预抽时间为 2 a ， 选用 8 0 0 m， 6 0 0 m或 4 0 0 m组钻孔时， 其钻孔间距以 3 0 m为宜。 4 ． 4 千米枝状长钻孔在大宁矿的实际抽采效果 1 首采面预抽效果 。大宁矿首采面长 5 0 O m、 宽 3 2 0 m ， 于2 0 0 3 年开始实施千米枝状长钻孔， 钻孔间 距为2 0～ 3 0 m， 钻孔深度为6 0 0 m 左右。 预抽时间 约 1 ． 5 8 。 首采面煤层 的原始瓦斯含量 为 1 4 ． 0 ， t ， 开采 前通过直接法测定煤层瓦斯含量为 7 ． 2 m 3 ／ t ， 按此计 算首采面的预抽率为4 8 ． 5 7 ％。 2 矿井瓦斯抽采率。 大宁矿 2 0 O 5 年矿井瓦斯涌 出量为 1 8 4 ． 8 m 3 ／ m i n ， 其中抽采量为 1 3 0 3／ m in ， 矿 井瓦斯抽采率达到7 0 ． 3 5 ％。 5 结论 通过研究试验 ， 井下顺层千米枝状长钻孔在大宁 矿的抽采瓦斯中取得了成功 ， 并取得了良好的效果 ， 为 大面积预抽煤层瓦斯取得了有益的经验和借鉴 1 选用澳大利亚生产的 V L D一1 0 0 0型孔底马达 式定向千米钻机， 在大宁矿的煤层条件下， 可以实现 千米左右的顺层枝状长钻孔施工。 2 研究表明， 在大宁矿实施的顺层千米枝状长 钻孔随着钻孔长度的增加， 其抽采瓦斯量也相应增 加， 表明在试验条件下实施长钻孔对抽采瓦斯是有 效 的。 3 通过研究， 确定了在试验条件下不同抽采时 间达到4 5 ％预抽率的钻孔合理间距。 ‘ 4 大宁矿通过实施井下顺层千米枝状长钻孔抽 采瓦斯， 首采面经过 1 ． 5 a的预抽， 预抽率达到近 4 9 ％， 矿井的瓦斯抽采率达到7 0 ． 3 5 ％。 参考文献 [ 1 ]煤矿瓦斯治理与利用总体方案编写组． 煤矿瓦斯治理与 利用总体方案[ z ] ． [ 出版者不详] ， 2 0 O 5 ． [ 2 ]刘子龙等． V I D定向钻进技术在亚美大宁瓦斯抽放中的 应用[ Z ] ． [ 出版者不详] ， 2 O 0 6 ． [ 3 ]煤炭科学研究总院重庆分院． 亚美大宁煤矿瓦斯抽采工 程初步设计说明书[ z ] ． 重庆 煤炭科学研究总院重庆分 院 ， 2 0 O 4 ． 责任编辑 吴自立 上接第 2 6页 于类似急倾斜煤层开采 的采区巷道 ， 建议采用二次 支护方法， 在掘进时采取适当的初期支护， 开始采煤 后还需要采取其它有效方式进行第二次加强支护， 以保证巷道的正常使用。 参考文献 [ 1 ]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 6 ． [ 2 ]刘长友， 万志军， 卫建清， 等． 房柱式开采煤柱的承载变 3 0 ． 形规律及其稳定性分 析[ J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 1 ， 2 6 增 7 l 一 7 5． [ 3 ]代高飞， 尹光志， 余海龙， 等． 急倾斜采煤工作面矿压显 现规律研究[ J ] ． 矿山压力与顶板管理， l 2 1 5 1 9 ． [ 4 ]徐恩虎， 宁扬． 三软工作面的矿压显现特点及顶板动态 监测[ J ] ． 煤， 1 9 9 6 ， 1 5 6 2 1 2 3 ． [ 5 ]张文艺．巨厚松散含水层综放开采“ 两带” 高度探测[ J ] ． 矿 山压力与顶板管理 ， 2 0 0 0 3 3 23 3 ． 责任编辑 卫蓉 维普资讯