硫磺沟煤矿102工作面矿压观测研究.pdf

硫磺沟煤矿硫磺沟煤矿 102102102102 工作面矿压观测研究工作面矿压观测研究 张 洪海张 洪海张 洪海张 洪海 兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿新疆昌吉831114 摘要摘要摘要摘要 通过对 102 工作面矿压观测分析研究，准确了解工作面上覆岩层的运动变化规律及其变化参数，弄清矿压显现 程度及其对工作面生产的影响情况，为硫磺沟煤矿 4-5煤后续工作面的开采积累经验和创造条件。 关健词关健词关健词关健词 矿压；观测；方法；研究 1 1 1 1、工作面概况、工作面概况、工作面概况、工作面概况 该工作面位于 W（9－15）101 工作面的北部，与 W（9－15）101 工作面皮带顺槽水平距离为 40 米，西邻宏鼎煤矿边界，工作面开切眼距边界 20 米；东部为轨道下山保护煤柱；北部为未采动 的实体煤。该工作面走向长 1284m，倾斜长为 105.8m；煤层倾角 17～21，平均 18.5。 该工作面开采厚度 5.5～21.6m，平均开采厚度 12m，倾角 17～21，采用走向长壁，综采放顶煤， 区内后退式全部垮落法采煤。直接底为粉砂岩，老底为细砂岩，直接顶为粉砂岩，其厚度为 14m～ 22m，老顶为长石砂岩。煤壁使用 MG400/920-QWD 型电牵引采煤机割煤，刮板运输机运煤，工作 面支架采用 ZF5400/18/35 型液压支架支护，支架中心距 1.5m，放顶步距 1.6m。 2 2 2 2、矿压观测方法、矿压观测方法、矿压观测方法、矿压观测方法 2.12.12.12.1观测方法观测方法观测方法观测方法 （1）通过工作面综采液压支架载荷、顶板下沉量、活柱缩量等参数，监测工作面上覆岩层运动及 支架的工作状况。 （2）利用超前顺槽顶底板移近速度及超前支护支柱阻力，监测工作面前方支承力的分布范围、 规 律。 （3） 通过观测工作面前方顺槽中点支柱的工作阻力和活柱缩量，掌握支承压力影响波及范围及影 响程度。 2.22.22.22.2观测仪器观测仪器观测仪器观测仪器 1采用 YHY-60 型综采支架压力表检测支架工作阻力。 2采用 KY-82 型顶板动态仪，观测工作面前方超前支护范围内顶底板的移近量和移近速度。 3采用 ZLGH 型柔性探测单元，监测两帮压力分布及应力集中程度。 4利用皮卷尺测量测点距煤壁距离和工作面推进步距等。 3 3 3 3、测区布置、测区布置、测区布置、测区布置 102 工作面为综采面，本次矿压观测分为 （1）综采支架工作阻力测区及活柱缩量观测； （2） 工作面采动影响范围观测； （3）巷道两帮变形量与顶底板移近量观测区； （4）柔性探测单元（巷道 两帮支承压力分布观测） 。 4 4 4 4、观测结果、观测结果、观测结果、观测结果 矿压观测从 2009 年 10 月 16 日开始，共进行了 65d，在此期间，工作面推进了 123m。 4.14.14.14.1顶板沿推进方向的运动规律顶板沿推进方向的运动规律顶板沿推进方向的运动规律顶板沿推进方向的运动规律 工作面正常推进阶段，观测数据出现周期性变化，多数情况下压力没有剧烈的变化，工作面压 力值起伏较平缓，综采支架活柱下缩量的变化比支架压力更平缓一些，其原因是工作面爆破预裂， 顶煤破坏严重，老顶运动范围较小。 4.24.24.24.2老顶的初次来压老顶的初次来压老顶的初次来压老顶的初次来压 10 月 28 日之前，支架压力一般在 20MPa左右。10 月 28 日早晨，工作面支架阻力明显增大， 由 20MPa 上升到 32.31MPa，顶板下沉量也相应增加，此时工作面推进 42m，个别支架阻力超过 40MPa，10 月 29 日傍晚开始回降，说明初次来压完成。来压步距为 40m。由于工作面正常推进时支 架阻力较小，来压时有一定的矿压显现，较强烈。 4.34.34.34.3老顶的周期来压及支架阻力变化规律老顶的周期来压及支架阻力变化规律 老顶岩层在经历了 10 月 28 日失稳经历了较大的工作面来压后，支架平均压力回落到 22MPa～ 26MPa左右，上下波动不大。在此期间，采空区后方顶板岩层有垮落现象，但悬顶严重，悬顶范围 较严重，悬顶范围平均 1m～2.4m 左右，岩层冒落不实，这说明煤层上方顶板有分层垮落现象。 10月28日～11月4日， 工作面矿压显现表现比较平缓， 但支架平均阻力比较大， 约在21MPa～24MPa， 11月 4 日中班开始，工作面支架阻力明显增大，阻力达到最大值 31.5MPa，同时，出现煤壁片帮、 顶板响声等，表现出明显的矿压显现征兆，表明出现第一次周期来压，此段时间内工作面推进了 13.5m，工作面推进度达到 53.5m。 观测期间，工作面的平均压力值最高达到 34.25MPa，部分支架压力达到了额定工作阻力，但数 量很少。以工作面支架平均阻力的高峰值作为依据来划分，在此期间老顶周期来压又经历了 5 个周 期来压。周期来压步距分别为 12.5m、14.2m、14.1m、13.9m、14.5m，平均 13.9m，工作面在来压期 间的最大压力为 32.1MPa～34.35MPa，平均约为 33.5MPa。5 个周期来压的平均最高、最低阻力差为 3.24MPa，而整个工作面的平均阻力为 24.67MPa， ，与周期来压期间的最大平均压力相差 8.83MPa， 与平均最低压力只差 3.57MPa，这说明 102 工作面在观测期间顶板压力变化幅度比较小，但还能看 出周期性变化规律。在观测期内初撑力比较大，平均 27.6MPa左右，说明工作面初撑力比较好，支 架质量比较高。有极少的支架初撑力低于 15MPa，估计主要原因可能是顶煤太松散，支架支在浮煤 上或背顶不实等支护质量不合格造成的。 从 5 个周期来压的步距看，最小 12.5m，最大 14.5m，平均 13.9m，说明工作面来压步距比较均 衡，来压值产生的原因主要是工作面的小断层、推进速度不均匀、老顶岩层的层理性质等。 4.44.44.44.4超前支承压力影响范围及分布变化规律超前支承压力影响范围及分布变化规律超前支承压力影响范围及分布变化规律超前支承压力影响范围及分布变化规律 （1）超前支承力影响范围 根据对两巷道动态仪的观测，当工作面推进到距两巷 1 号动态仪 56.6m 左右时，两动态仪变化 速率开始增大，即工作面推进到距离 1 号动态仪 56.6m 时，对巷道顶底板影响明显增大，由此可推 测，工作面采动影响范围约为 56.6m。 （2）超前支承压力分布变化规律 工作面距离钻孔应力计 15m 以外时，钻孔应力计基本无变化，稳定在非常低的数值，当工作面推到 距离钻孔应力计 15m 时，数值开始有显著变化，并开始明显增加，到 6m 时，钻孔应力计出现压力 峰值。随后开始出现波动，并随距离变小最终迅速减小。根据对钻孔应力计的观测，可以推断工作 面前方约 6m 处出现压力峰值，15m 以内压力变化显著。 5 5 5 5、主要结论及建议、主要结论及建议、主要结论及建议、主要结论及建议 （1）老顶初次来压步距 40m 左右。 （2）工作面周期来压步距 12.5m～14.5m 左右，平均 13.9m。 （3） 观测期间， 工作面支架平均阻力 20MPa～26MPa， 有较明显的初次来压显现和周期来压现象， 来压较强烈。 （4）工作面采动影响范围约为 56.6m。 （5）压力峰值在工作面前方约 6m 处，15m 以内压力变化显著，采动显著影响范围 10m15m。 上、下顺槽超前工作面 30m 采用钢筋梯锚索25U 钢支护是合理的。 （6）本工作面支架支设设备良好，初撑力较高，今后应继续注意初撑力的管理，提高支架阻力， 防止压死支架。