B090409 朝阳煤矿矿压观测与分析.doc

朝阳煤矿矿压观测与分析 李志强1 董慧群2 [1-新疆煤炭设计院，新疆 乌鲁木齐 830091；2-辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 12300] 摘 要 通过朝阳煤矿II-3上工作面矿压观测，掌握了该煤层顶板初次来压和周期来压步距、工作面支架支护强度、围岩破坏活动过程煤壁中应力变化大小和应力影响范围。为现场管理提供完善、准确的资料，以直接指导生产实践，解决工程问题。 关键词 矿压显现 初次来压 周期来压 ----------------------------------------------------------------------- 1 观测目的 采煤工作面矿山压力观测就是定量研究开采工程中矿压显现规律[1]。为现场管理提供完善准确的资料，指导工程实践，解决工程问题，本次观测有以下三个方面的目的 ① 掌握采煤工作面上覆岩层运动规律；回采空间围岩与支架相互作用关系；采动引起的支承压力分布；寻求搞好工作面顶板管理的有效措施。 ② 对正在使用的支架适应性进行考察。即从顶板控制出发，对在既定条件下使用支架的架型、参数、特性和支护效果提出评定性意见[2]。 ③ 根据围岩条件及支撑压力分布来确定工作面巷道断面形状、规格及支架参数，煤壁前方巷道超前维护距离。 2 观测工作面自然状况 II-3上工作面为改扩建后的首采工作面，其煤层赋存特征，顶底板特征见综合柱状图1。煤层倾角一般为1～2左右，无断层及地质构造，水文条件简单。该工作面为机采工作面，选用ZH2200/10/30/12541001型液压支架支护顶板，该支架的额定工作阻力为2200kN/架，初撑力为1320kN/架；支架长度为2.83m，宽度为755mm。工作面最大控顶距为3800mm，最小控顶距为3000mm。工作面采用自然垮落法管理顶板。运、回顺超前支护均为采用DZ25-25/100S单体液压支柱配π型钢梁加强支护。 图1 煤层综合柱状图 3 主要观测内容 根据朝阳煤矿II-3上工作面的具体情况，并考虑到观测可行性和针对性，决定本次矿压观测的主要内容如下 ① 工作面支架支护载荷的观测。通过支架支护载荷的观测可以确定顶板压力的大小及其动压系数、周期来压步距。 ② 工作面超前支承压力影响范围的观测。 基于观测结果，通过分析，对工作面有关矿压显现规律进行研究。 4 矿压观测手段及其测点布 （1）工作面支架载荷的观测 工作面支架支护载荷的观测是采煤工作面矿压观测的重要部分，其观测结果是确定顶板来压特征的重要依据，包括老顶周期来压特征及来压强度，其目的在于掌握所观测工作面的围岩运动规律，为顶板分类、支架选型、确定顶板控制措施提供可靠依据[3]。另外支架载荷的观测结果也是对支架支护参数合理性进行分析的重要依据。 支架载荷的测定使用YPZ－60型圆图压力自记仪进行观测。在整个工作面上设置3条观测线，分别位于工作面的两端和中部。两端侧线布置在距离上下两巷15m处。测线布置见示意图2所示。 （2）工作面超前支承压力的观测 工作面前方煤壁中应力的大小及其变化反映超前支承压力的影响范围和影响强度，工作面前方煤体内未受采动影响的某一点，随着工作面的推进，其应力的大小将发生变化，所以通过该点的应力变化就能捕捉超前支承压力的影响范围和应力集中峰值点，即以定点的应力变化间接的观测超前支承压力的影响范围和影响程度。 本次观测，利用单体支柱工作阻力检测仪对回风顺槽中的单体支柱进行了压力观测，从而确定超前支承压力的影响范围和峰值点。仪器安装位置如图2所示。具体观测时，应循环观测支柱受力变化，并动态记录测点到工作面的距离，以便准确分析、确定超前支承压力影响范围和峰值点。 图2 工作面测线（点）布置图 5 矿压观测结果及分析 5.1 支架载荷观测结果与分析 经过为期20天三个循环的现场观测，获取了II-3上工作面观测断面（15＃、32＃、50＃支架）的实际支护阻力值，各观测断面支护阻力变化曲线见图3。 图3各支架支护阻力变化曲线 （1）工作面支架支护阻力测定结果 支护阻力均值为Pcp＇＝1507.1kN/架； 均值最大值Pmax＇＝1587.2kN/架； 支护阻力最大值均值为Pcp＇＝1527.4kN/架； 支护阻力最大值为Pmax＇＝1619.1kN/架。 （2）平均支护强度 以最大控顶距按平均支护阻力计算的支护强度为707.6kN/m2。 （3）周期来压步距和来压强度的确定 为了确定来压步距L，工作面支架支护阻力平均值Pcp为纵坐标，以距离切眼距离为横坐标绘制平均支护阻力变化曲线，见图4。 图4 支架平均支护阻力变化曲线 在支护阻力平均值Pcp＇加其一倍均方差σp为老顶来压的判据，即 kN/架 图中曲线中大于的峰值可认为是老顶来压显现，两个峰值之间工作面推进的距离即为老顶来压步距。因此老顶周期来压步距确定如下 从图中可以看出第一次老顶周期来压步距为8.6m，第二次老顶周期来压步距为7.2m，第三次老顶周期来压步距为10.7m。由于临近铲采区，顶板大面积冒落造成观测数值有误差，实际老顶来压步距应比实测值稍大一些。 周期来压强度，即动压系数n的确定习惯上常以动压系数n作为衡量老顶周期来压强度指标，动压系数可表示为 式中Pc老顶来压时支护阻力平均值； Pn老顶非来压时支护阻力平均值。 由该观测结果知Pc＝（1587.21587.21584.7）/2＝1586.4kN/架，Pn＝1505.0kN/架，故动压系数为n1.05。 5.2 超前支承压力观测结果与分析 本次超前影响距离的观测，使用工作面前方回风顺槽中单体支柱受力变化来间接的测定超前影响范围和峰值点。其应力变化曲线如图5，由超前支承压力观测图5，可以得出超前支承压力的影响范围在工作面前方14～15m左右，峰值点位置为距工作面前方煤壁3～7m左右处。 图5 超前支承压力观测 6 工作面矿压观测结论 通过此次现场矿压观测，经数据分析和整理，获得结论如下 ① 工作面支架支护阻力均值为1507.1kN/架，最大值均值为1587.2kN/架；支护阻力最大值为1619.1kN/架；动压系数为1.052；支架平均支护强度为706.6kN/m2。 ② 工作面老顶初次来压步距为21m左右（现场调研数据）；周期来压步距为7.2～9.3m，并且老顶周期来压强度低，来压不明显； ③ 工作面超前支承压力的影响范围为14～15m。峰值点位置为工作面煤壁前方3～7m左右处，峰值介于25～29MPa之间。 ④ 来压前支架实测平均工作阻力占额定工作阻力67.2，来压时最大工作阻力占额定工作阻力72.1。 由此说明，本工作面使用的ZH2200/10/30/ 12541001组合顶梁组合悬移机采液压支架工作状态比较理想且工作阻力富裕量较大，完全能够满足顶板来压时控制顶板的要求。 参考文献 [1]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M]，煤炭工业出版社，1984.2 [2]张俭东，徐恩虎，苗素军.济宁二号煤矿矿压显现规律与控制[M]，煤炭工业出版社，2001.3 [3]周楚良.矿上压力实测技术[M],中国矿业大学出版社，1987.5 第一作者简介 李志强 男，1986年出生。现在新疆煤炭设计研究院有限责任公司工作，从事矿井设计工作。 （收稿日期2009-11-16；责任编辑陈桂娥）