1402孤岛工作面矿压观测总结报告.doc

一、工作面概况 1、地质概况 1402工作面位于井田南翼为铜鑫煤矿首采区首采面，工作面北起集中运输巷，南至该面切眼，东、西两侧分别以该面回风巷和运煤巷为界。该面走向长（自切眼至设计停采线）210m；，平均斜长125m；斜面积26040m2。煤层厚度3.3-5.3m，平均4.8m。。 该面回风巷东侧存在4煤沉积尖灭区。运输巷西、以南均为铜川矿务局下石节煤矿开采区，下石节煤矿采矿权边界与原耀县荒草湾煤矿西、南边界相接。工作面地表标高1373 -1535.6m，煤层平均埋深257-325m。 1.1、煤层 工作面位于上石节井田东南角，为一向北西缓倾的单斜构造，煤层厚度3.3-5.3m，地层倾角13～14，未发现断层及岩浆岩，地质构造简单。 1.2、顶底板岩性特征 老顶为灰白色粗粒砂岩，成份以长石、石英为主，分选差，磨圆度中等，中夹煤屑，局部相变为粗粒砂岩与砾岩互层，厚度4.03～27.65米，平均15.30米。为坚硬的不易冒落顶板。 直接顶为灰白色、浅灰色、灰黑色粉砂岩，水平层理，含黄铜矿结核，局部相变为砂质泥岩及泥岩，其厚度1.49～3.24米，平均2.47米。粉砂岩RQD值39.9～79.0，平均58.03，饱和单轴抗压强度11.00～18.2MPa，该层属弱～中等稳定的易冒落顶板。 伪顶浅灰色薄层状泥岩及砂质泥岩，层理明显，厚度小于0.5米。该层薄而疏松，呈鳞片状，随采随落。 4-2煤层黑色，沥青光泽，条带状结构，内生裂隙发育，多被方解石充填，厚度变化较大，结构较复杂。煤层饱和单轴抗压强度5.70～10.8MPa，平均7.68MPa，泊松比平均为0.24，抗剪强度测试结果，凝聚力C为0.43～1.75MPa，平均0.79MPa，内摩擦角φ为36.21～36.52。 直接底以灰黑色、灰白色泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩等软弱类岩石为主，其力学性质较差，厚度0.57～37.01米，平均厚度11.198米，泥岩、砂质泥岩抗压强度4.30～23.50MPa，平均13.27 MPa，在浸水条件下该层可发生底鼓。 1.3、地质构造特征 工作面位于上石节井田东南角，为一向北西缓倾的单斜构造，地层倾角13～14，未发现断层及岩浆岩，地质构造简单。 1.4、水文地质特征 区内构造简单，主要开采埋藏较深的4-2号煤层，煤层厚度0～10m，变化较大，未来矿井直接充水含水层为侏罗系中统直罗组与延安组含水岩组，补给条件差，富水性微弱，据邻近钻孔抽水试验资料，其单位涌水量0.000323～0.0017L/sm，远小于0.1L/sm；充水含水层补给来源主要为洛河组含水层，其富水性中等，水文地质勘探类型为Ⅱ类Ⅰ型，即以裂隙充水为主的水文地质条件简单型。考虑矿井采空区含水，水文地质类型为中等型。 巷道及采空区本区南部为荒草湾煤矿，已有多年开采历史，其采空区及巷道是积水进入矿井的直接通道，对矿井存在威胁，工作面运输巷、回风巷掘进期间已打钻孔进行疏放、排干。总之，该面回采在正常情况下不受地下水威胁。 煤层f1.5；夹矸f2； 2、巷道布置 1402工作面巷道布置方式为走向长壁“全煤巷”布置方式。上、下顺槽均布置在煤层底部，沿煤底底板掘进。 3、采煤工艺及支架型号 煤层厚度为m，加权平均厚度为4.8m。采煤方法走向长壁综采放顶煤一次采全高全部陷落法。采放比设计采高2.3m，则放煤高度1～3m。放煤步距采取两刀刀一放，放煤步距确定为1.2m。工作面长度净斜长为125m。工作面推进长度为210m。 液压支架选用 ZF4200/16/26型正四连杆放顶煤液压支架。排头支架选用型号为ZFG4400／16／26反四连杆放顶煤液压支架。工作面共布置支架83组。 其主要技术参数为 工作阻力4200KN 初撑力3520KN 支护强度0.8MPa 底座对底板比压1.51.8MPa（平均） 排头支架 1 主要技术参数为 工作阻力 4400KN 支护强度 0.8MPa 底板比压 1.51.8（平均） 二、矿压观测的目的、内容和方法 １、矿压观测目的 通过对1402孤岛工作面进行矿压观测，掌握4-2层煤工作面的顶板运动规律,支架使用状况,顺槽超前压力影响,分析基本顶的结构形式，为今后同煤层的开采提供矿压参数、确定合理的支护方式。及时发现问题，有针对性的采取控制措施,确保工作面的安全生产，为类似条件下的工作面开采提供依据。 ２、矿压观测内容和方法 （一）工作面观测 1、工作面液压支架载荷观测 1402工作面采用三区五线布置，其中上、下部测区各一条测线，中部测区三条测线（测线布置如图所示）。每条测线上选1支架，支架立柱安设直读式压力表，对工作面支架受力情况进行人工观测，由前柱、后柱压力变化情况及循环增阻情况，判断直接顶、基本顶的初次垮落步距及周期活动规律。 具体工作面三量观测区测线布置图 2 1测线 2测线 3测线 4测线 5测线 工作面观测布置图 2、工作面宏观观测 每班观测一次。主要包括端面距、顶板冒落高度、煤壁片帮深度（指煤帮塌落的最大深度）、顶板台阶下沉、采空区悬顶、安全阀开启、支柱破损等。 ㈡工作面上下顺槽的矿压观测 ⑴ 观测顺槽围岩相对变形量，包括顶底移近量和两帮移近量，采用“十字”布点法进行观测。 A CB表面位移布置示意图 3 ⑵ 工作面自煤帮开始每10米设1个测点，采用表面位移进行观测，上下顺槽分别设3组表面位移，每10米设一组。观测工作面初次来压及周期来压步距。 ⑶测点布置好后进行编号，注明测点距开切眼距离，测点距工作面煤壁的初始距离，测点处巷道高度和宽度。 测点布置时采用十字布点法，必须在顶底板中安设牢固的基点。基点的安设方法是先用电钻在顶底板打眼，眼深200㎜-300㎜，顶底板上每一对基点的连线应与顶底板垂直，在孔眼内楔入事先准备好的长150㎜-200㎜的木桩，外露端钉入一个铁钉，钉尾即作为观测基点。基点最好在煤壁处开始设置,如果顶板破碎时，应先将浮矸挑掉，再打眼设点，并适当加大眼深和木桩长度。 采用测杆随工作面的推进进行观测，每天测读一次，同时一定要测量测点至煤壁的距离，一并记录表中。 顺槽底臌的测定采用钢卷尺或钢直尺，测取与固定的巷道铁轨面或专用测量底臌的下基点的垂距。测读的时间同上。 三、工作面顶煤及顶板的运动规律 1、工作面基本顶来压情况分析 由于1402综放工作面存在软底及过老巷等问题，严重制约了工作面的正常生产及工作面的推进速度。工作面自3月5日早班开始进行矿压观测，对工作面的1、20、40、60、83支架进行监测，通过绘制压力监测仪曲线图反映出了综放工作面支架初撑力及工作阻力大小变化情况，通过数据分析得出了基本顶的来压情况 4 2、工作面初次来压 工作面自切眼开始为防止运输机下滑调采机头，机头推进超前机尾。通过观测数据及支架受力曲线图可以知道工作面下端头初次来压时间在3月7日，此时工作面工作面机头推进13.2米，机尾推进4.5米。3月9号工作面20＃架、60＃架均显现来压征兆，支架工作阻力增大。此时工作面机头推进16米，加切眼宽度6米，即工作面初次来压步距为22米。9号后工作面支架工作阻力趋于稳定。 工作面来压期间支架阻力没有达到安全阀开启的数值，从而说明工作面来压时支架完全能够达到支护要求。 3、工作面周期来压 通过观测数据及支架受力曲线图可以知道，工作面第一次周期来压时间在3月18日，此时工作面机头推进9米。 5 工作面周期来压步距为9米。 4、顶板来压规律 根据观测数据分析，综放工作面的矿压显现主要表现为基本顶的初次垮落对采场支护系统的影响。其次为顶煤的初次垮落和直接顶包括顶煤及上位易冒落顶板对采场支护系统的影 ⑴顶煤及直接顶的初次垮落 工作面切眼采用锚带网支护，工作面推进支架顶梁后端过切眼5米后，随工作面推进顶煤随采随落。顶煤及其上部易冒落岩层对工作面影响较小；初次垮落阶段，工作面矿压显现不明显。 工作面上下巷高度3.0－3.4米，超前支护段穿木料维护顶板。导致顶板锚带支护未及时回撤，上下三角采空区出现悬顶，对工作面上下端头产生一定的影响。特别是30节走向老巷影响，在工作面下端头机道煤壁有片帮现象。 ⑵老顶初次来压特点 工作面30节左右存在走向老巷，老顶来压时，下端头矿压显现明显，支架工作阻力增大，机道煤壁片帮。煤体出现来压煤炮响声。工作面30节以上来压时，矿压显现不明显。 初次来压时，支架受力没有达到工作面安全阀开启数值。 ⑶老顶周期来压特点 随着支架顶煤的不断放出和工作面正常推进，上位顶板岩梁周期断裂表现为工作面周期性来压。 增多；支架工作阻力平均2613.5KN/架，最大5152.2KN/架，动载系数为1.4，活柱下缩 6 量平均7.7mm/循环，最大25.8mm/循环，片帮值来压期间最大1100mm，平均288mm；安全阀开启率平均7.7；由于工作面启封后不放顶煤快速推进，垮落的顶煤和直接顶基本上能够充满采空区，老顶失稳后，随即触矸,因此老顶来压时对工作面影响不大。 5、老顶来压强度 工作面初次来压支架立柱工作阻力平均32.5MPa（1＃架），支护强度为665KN/m2。周期来压支架立柱工作阻力平均30.5MPa（1＃架），支护强度为624KN/m2。 四、支架布特征 1． 支架 撑力 实测支架2258.1KN/架，2462.6KN/架，定值的53， 架的初撑力富架初撑力分布一。 2．支架循环末工作阻力 频率（）支护阻力分 的初 来压前平均为来 压时 分别占支架额58，可见支裕量较大。支频率图见图 图一、1402面支架初撑力分布直方图 实测支架循环末工作阻力平均2897.2KN/架，来压时3222.1KN/架，分别占支架额定工作阻力的68，76，可见支架的支护效能发挥较好，能满足该工作面的开采需要。工作阻力分布频率图见图二。 3．支架力 实测支阻力平均 频率（）时间加权阻 KN 图二、1402面支架循环末阻力分布直方图 架时间加权2577.6KN/ 架，来压时2842.3KN/架，分别占支架额定工作阻力的61，68，可见支架阻力有一定的富裕量。加权阻力分布频率图见图三。 7 4、支架力比较 频率（）KN 图三、1402面支架加权阻力分布直方图 前、后柱阻 由表5知，支架支护阻力无论是在来压期间，还是在非来压期间均表现为前柱大于后柱，这主要与放煤工艺有关。由于支架上方顶煤破坏处于变化之中，后部顶煤刚度较小，支撑强度降低，并且不断被放空，使顶煤作用在支架上的合力作用点前移，因而表现为前柱阻力大于后柱。 1402面支架前后柱阻力对比表 表5 5、支护强度分析 （1）、支护强度验算 按岩重计算 由于支架主要是对上方6～8倍采高的岩石重应力产生作用，因此取8倍采高的岩石为理论计算对象，根据现场观测数据运用以下公式计算支护强度。 Ps＝8hmν ＝82.32.59.8 8 ＝450.8KN/m2 其中 Ps--支护强度，KN/m2 hm--煤层采高，2.3m ν--顶板岩石容重，2.5t/m3 根据以上计算，Ps＝450.8KN/m2即0.45MPa，小于ZF4200／16／26液压支架的最大支护强度0.8MPa所以该支架能够满足工作面支护强度的要求。 （2）、支架适应性分析 该工作面使用的ZF4200／16／26液压支架，能满足1402工作面开采的支护需要，主要原因如下。 支架支护强度0.8 MPa满足顶板管理支护强度要求，生产中能有效控制顶板，未出现顶板冒顶及台阶下沉现象。支架底板比压1.5～1.8MPa，在 1402工作面局部底板泥岩浸水膨胀变软情况下，支架底座未发生明显钻底现象。 五、工作面上、下顺槽在回采期间矿压显现规律 通过在工作面的上下平巷设置的表面位移观测站可以反映出，巷道的影响范围上平巷在20m以内、下平巷在20m内，顶底板移最大移近量155mm。 工作面顺槽超前支承压力分布规律 9 通过在工作面的上平巷设置的表面位移观测站可以反映出，巷道的影响范围上平巷在20m内，顶底板最大移近量145mm。 六、结论 1、工作面矿压显现特点 综合综放工作面的矿压观测结果及系统的理论分析，综放开采的矿压显现具有以下特点 ⑴顶煤刚度是决定采场矿压显现强度的关键因素 进入支架上方的顶煤强度较低，刚度较小、因此通常情况下，在老顶直接顶运动的结 10 果，首先表现为顶煤的塑性变形，从而使综放工作面矿压显现不明显；但当煤层的刚度较大时（如煤及直接顶强度较大且厚度较小，则表现出明显的矿压显现。 ⑵老顶对综放工作面矿压显现的影响程度降低 由于综放工作面采出空间大幅度增加，使老顶稳定结构的位置上移，其失稳的机率相对减小，同时老顶的回转和失稳在时间上和空间上均滞后于采场，因而对矿压显现的影响减弱。 ⑶老顶来压步距产生实质性变化 由于工作面30节过老巷，严重制约了工作面推进速度，从而缩短了工作面的初次来压步距。综放工作面老顶的初次来压步距减小，周期来压步距减小。 2、统计观测 通过对工作面片帮情况进行记录统计,工作面平均片帮深度在0.20.4m之间。 3、支架初撑力对支架工作阻力的影响 通过对1402综放工作面支架初撑力及工作阻力的统计观测得出由于初撑力的不均衡，导致工作阻力产生不同的增阻方式，对支架产生一定的影响，因此现场对工作面支架初撑力的控制至关重要，这将决定支架的使用状况。 通过矿压观测数据及曲线图看出，初撑力对支架的工作状况至关重要，现场必须提高正规操作意识，保证初撑力的合理有效，这样才能使支架的性能达到最佳。 七、结论与建议 1、工作面基本矿压显现规律 ⑴1402综放工作面的初次来压是当推进到22m（含切眼6米）时开始的，工作面初次来压步距为22m，周期来压步距平均为9m， ⑵直接顶的管理是工作面顶板观测的主要内容，根据缓倾斜煤层工作面顶板分类方案。该工作面基本顶为Ⅱ级来压明显级别。直接顶分类为1类不稳定顶板。 ⑶工作面超前压力显著影响范围上平巷影响大约在20m左右。 ⑷通过数据可以反映出前柱数值基本都大于后柱的数值，从而说明前柱受力大于后柱。 2、工作面架型适应性评价即支架工况及显现特征 该工作面使用的ZF4200／16／26型综放液压支架，基本能满足工作面开采的支护需要，实测的工作阻力在设计额定的工作阻力范围内，主要有 11 ⑴支架液压额定阻力大，对有效的支护顶板，防止顶板的来压对支架的冲击有着明显的优势。 ⑵额定的初撑力大，液压系统的阀组采用大流量，移架速度提高，使支架在最短的时间内有效的支护顶板，大大减少了空顶时间，避免了工作面端面顶板破碎、冒顶等事故的发生。 3、显现特征 1402工作面埋深浅,来压的强度不强烈，对工作面无较大的集中冲击。 现场使用效果ZF4200／16／26型综放液压支架，经过1402工作面的开采，经过了初次来压及一次周期来压，能够承受顶板压力，掩护效果也较好，可以说适应工作面的开采。 八、控制技术措施 1、工作面基本顶初次来压前必须加强支护措施，加强支架二次注液确保支架初撑力达到规定要求，当端面距超过规定时及时移超前架加强支护。 2、工作面基本顶初次来压和周期来压期间，应加强来压的预测预报工作，在两巷挂牌标明来压位置。 3、工作面支架以及两巷所有单体支柱必须达到初撑力，及时采取措施预防冒顶。 4、当工作面局部地点顶板破碎、片帮严重时，可超前移架，提前支护机道顶板。 5、工作面严格控制住采高，并保持顶底板平整，以免压死支架或支架顶梁与顶板点接触或线接触。 6、工作面支架要有足够初撑力，不低于24Mpa，泵站压力不低于30Mpa，乳化液浓度在3～5％范围内。 7、支架支护状态完好，不渗液不漏液，安全阀满足要求。 9、来压前要及时拉超前架，支护顶板。 10、支架的选型有待进一步完善，加大支架的支护强度，确保安全 12 1402 孤 岛 工 作 面 矿 压 观 测 总 结 报 告 13