面矿压显现规律大屯媒.pdf

一 高档放顶煤面矿压显现规律 大屯媒电公司 赵空明谢连银 ，一一 抵 ⋯ ％ -7 7“4卺- 垂 关 键 词 高放 面 矿 压 显 现 规 律 现场 观 测 开 ＼／ 。 ■ f f ～ ＼ ’ ，1 厶 放 顶 煤 开 采 是 近 年 来 兴 起 的 一 种厚煤层 高 2 ． 1 m，放 煤厚 1 ． 9 ～3 ． 2 6 m， 1 煤 量 2 9 8 2 1 I t ，工作面动用储 量 3 5 3 3 3 1 t ，工 1 0 0 0型铰 接顶梁 ，加强巷道支护 ，超前维护 成本 比分层 开采 降低 1 ／ 2 。 工作 面基本支架采用西北 煤机二厂生产 ．一 的 Z WM 阿格式 悬移放顶煤支 架 图 1 ，煤 工 作面 地质概 况 壁采用 s G D 一 2 2 o型输送 运煤 ，顶煤及 7 1 7 7面上边界为 s 断层 ，落差 1 5 2 m， 下边界为 断层 ， 落差 2 1 m， 左边界为 7 1 7 7 面的 2 切眼 ，右边为边界上 山。 7 1 7 7面开采 7 煤层， 赋存稳定， 煤厚 4 ～5 ． 3 6 m，平均 5 ． 0 m。采深一2 9 5 ～～2 3 9 m， 易 冒l老顶为砂岩，厚 3 ． 9 m，节理发育 ． 易 冒；煤层直接底板为泥岩 ，厚 1 ． 4 m。 矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，煤尘有爆 炸危险， 爆炸指数在 3 5 左右。 煤层有自燃发 火倾向性，发火期为 1 2月，三级 自燃矿井 2 工作面简介 7 1 7 7面 开 切 眼 长 8 7 m，平 均 倾 斜 长 9 8 m，走 向长 8 7 0 m 包 括 7 1 7 7西扩面 ，采 4 6 l 9 9 9№ 2 矿 山压 力与顶扳 管理 ． 巷采 用 s G w 一1 5 0改进型输送机运煤 。 H㈣ 。 l _ 塑 一 f 图 1工作 面断 面 图 3 测区布置及观测方法 维普资讯 观测 目的掌 握高档放煤工 作面矿压显 现规律及 显现 特点，支架适 应性等 ，为开采 新工 艺制定科 学化、标 准化顶板 管理 及支架 改进方案提供参数及依据， 以便达到高产、 高 效 、安全生产 的 目的。 观测 的主要 内容 1 支架立柱 的初撑 力及阻力变 化 ； 2 统计煤壁 片帮、抽顶情 况； 3 放煤工序对支柱阻力的影响。 工作 面开始 初采 期设 置上 、中、下三个 测 区 ，每个 测区各三条测 线 ，其中两条 测线 在支架前、后立柱上安装 s Y 一6 0 S Z数显测 压 仪 ，另 一条 在 中柱上 安装 s Y一6 O型 园图 压力 自记 仪 。工作 面延 长后设 置 7 ～ 9个测 线 ， 其 中相邻测线一个是主架 ， 一个是付架 。 在支架前、后柱上安装 s Y 一6 0 S Z型数显测 压仪 。测 区布置见 图 2 。 图 2测 区布 置 图 从工作 面开 切 眼开 始 ，利 用安设 在前 、 中、后柱的数显及园 图仪连续观测立柱 阻力 变化情况 ， 同时统计工作 面煤壁片 帮时 间、 范 围和深度及 冒顶时间、范 围、高度 。 4 工作面矿压显现特征 4 1初 次 柬 压 采 面切 眼长 8 7 m，推进 1 5 m 后 开 始放 煤 。初采期间 ，顶煤的放 出率 视围岩状态而 定 。 初 次垮 落步 距为 1 2 m左右 ， 初 次来 压步 距 2 5 m左右 ，采面上、中、下区平 均来 压步 距相差不 大。高档放顶煤 面初次来压 沿倾 向 有 明显 的分 区性 ， 初次来压步距 1 9 ～2 9 m， 大 于 中、上部 的步 距 ，来压期 间工作 面下部支 架 载荷及 来压强度 也大于该 面的中下部 。造 成工作面初次来压 分 区性 的原 因是 1 采面下 出 口往上 2 0多 m 有 一条 由 下 向上 的斜切 断层 ，对顶板强度及稳定性有 一 定 的影 响 。 2 采面推至 1 5 m时才开始放顶煤 ，顶 煤 的放 出率视 围岩 的状 态而定 ，老巷上 、下 5 m， 上、下端头 5 m 没有放煤 ， 影响采空 区冒 高 ，进而影 响老 顶的稳 定状态 。 4 ． 2周期 来压 1 高档放 顶煤工作面的来压具有周期 性 。7 1 7 7高 放 面平 均 周 期来 压 步距 为 8 ～ 1 2 m， 工作面上 、 中、 下 区平 均步距 相差不大。 但个别地段 ，由于受放煤 、推采速度及工作 面地质条 件影响周期来压步距达 1 6 m。 2 高档放顶煤工作面来压步距受顶煤 的放 出率影 响较 大。采面在 9 6年 1 2月的周 期 来压步距基本都 在 9 ～ 1 l m， 而在这之前周 期来压步距 波动较大 ，为 6 2 2 m，不 同区域 来压时 间及影 响范围相差较大 ，其原 因是工 作 面过 断层 、过 老巷 影响放煤 ，工作面顶煤 放 出率较低 ；1 2月份采面生产正常 ，顶煤放 出率高 。 3 来 压期 间工作面矿压显现明显。实 测支架工作 阻力并不 大，一般 4 O 0 ～6 0 0 k N， 为额定工作 阻力 的 2 2 3 3 ， 时 间加权载荷 4 9 2 k N， 仅 为额定 值 的 3 8 ； 而在来压期间矿 压显现 明显 ， 支 架载荷上升 ， 一般平均达 6 0 0 8 0 0 k N，最大平 均阻力 达 1 0 5 7 1 ＼，分别 为 额定值 的 3 3 4 4 和 5 9 ． 3 。 来压期 间多次 出现架前 冒顶 ， 支架倾斜 倒架 ， 后柱 插底 ， 影 响采 面的正 常推进 。矿压显现具有 明显 的分 区性 ， 采 面上 、 下支架载荷 明显大于 中部 ， 矿 压显 现程度也呈上部 大于 中、下部现象 。 4 高放面动载系数小于上分层开采或 单一煤层开采 的强度 。该面来压期 间加权平 矿 山压 力 与顶板 管理l 9 9 9 ． 肥 2 -4 7- 维普资讯 均 动载系数为 1 ． 2 5 ，循环来压 的动载系数也 仅 1 - 4 3 ， 小 于上 分层 开采 或单一煤层 开采的 强度 。 高放工作面周期来压动载系数变小， 说 明老顶来压强度 变弱 ，也 即老顶失稳时对工 作 面的影 响程度变弱 ，其 原因为老顶失稳 的 作 用力不 象上分 层开采时是通过直接顶直接 作 用在 支架 上 ，而是 通过 直接顶和顶煤作用 在 支架上 ，由于顶煤 的强 度要 比直接 顶的强 度小 ，相当于塑性垫层存在，减小了支护系 统刚度 ， 同时， 从老顶的砌体平衡结构分析， 失稳结构就会远离工作面。因此在工作面体 现 出来 的来压强度相对变弱 。 5 工 作面矿 压显现特征 根据观测表 明，高放工作面矿压显现特 征陈支架 载荷 增大外 ，明显表现 出工作面顶 煤被压碎，端面煤壁抽顶，煤壁片帮，支柱 插底等现象 图 3 。 图 3 来压期间工作面示意图 a 端面破断； b 支柱插底、片帮及 冒顶 在 采过程 中， 来压期 间显现相 当剧烈 4 8 1 9 9 9 ． IN ． 2 矿d | 压力与项板管理 初次来压 时 ，沿煤壁切顶线达 3 0 m 左右 ．支 柱钻底量大 ， 最 大 8 0 ～l O O c m， 特别是后柱 ， 致 使支架顶粱呈仰斜 状 ，支架后半部离底不 足 i m， 行人和放煤极不方便 ， 由此造成顶煤 抽顶，支架失去支撑能力，危及工作面安全 生产 ，工 作面经过多次周期来 压，均显现出 顶煤破碎 ，支 护状 况破 坏 ，支架 咬架 、支柱 脱窝 、 顶梁 翻转 现象 ， 支槊 部件损坏严重 ， 同 时煤壁端 面普遍 片帮 ， 片帮 深度 1 0 ～1 O O c m， 架前抽顶 ， 抽顶 高度 最大达 3 m 左右 ， 处理 难 度大 ，坑木消耗量 大 6 对倾斜高档放顶煤工作面的几点看法 1 工 作面 巷道布 置 。 1 采 区为新 采 区 ，大断层多 ，地质条 件复 杂 ，造成 采面在 巷道掘进时只能边探边 掘 ，致使本 面留设煤 柱较大 ，造成煤柱 损失 加大。有沿顶布置 的 探巷 ，建议在今后 高放 面应尽量 缩小 区段煤 柱 。 在采面巷道布 置上 应避 免面过老 巷 ，特 别是不同层位 的老巷 。 材料道 以上帮破底 、 下 帮跟底为好 ，便于 上出 口管理与提高资源 回 收。在工作面两道及切 眼施工上 ，要 帮顶接 实 ，不得 出现空顶 悬浮 顶板 ，以免给 工作 面初采及 回采带来安全 隐患 2 控制支柱钻底量提 高对橙软 顶底板 的适 应性 高档放顶煤工作面 在底板松 软时 存在支柱钻底现象，因此，要管好高放面的 顶板 ，关健在护好顶的同时要管好底。当底 板较 软或有浮煤存在 ，支柱钻底 时 ，后排支 柱 往往钻 底量 更大 ，z wM 网格 式 支架 为整 体顶粱 ，这样 顶梁沿走 向呈倾斜状 ，导致顶 煤在水平位移的同时有很大下沉 ，破坏了顶 煤的稳定 性 ， 甚 至冒顶 ， 支架失去支护作用 另方面，也影响了尾粱与顶粱的吻合性 ，影 响到支架性 能正常发挥 支柱钻底降低了支撑刚度 ，也导致降低 工作阻力 ，进而恶化顶煤稳定状态。采取的 方案应是 根据 7 煤层 底板 比压及底板 分类 ， 维普资讯 合理选择 支柱底座参数，其措施是给支柱 “ 穿鞋” ，以增 大支柱 底座面积 ，增加支柱对 底板 比压。 对松 软破 碎顶板如断层处应提前掏窝挂 梁的办法托 顶 ，支护采用 D Z一2 5 0 0单体柱 配限位粱 。工作面过断层时 ，支架支柱支在 煤底时易造成支柱钻底 ，致使支架顶梁呈仰 斜状 ，移架 困难 ，因此支架支柱应穿铁鞋或 垫方木 ，煤壁抽顶 时必须用方木接实 。 3 增加支架的稳定性 。 Z WI v l 型网格支 架上重下轻 ，属不稳定结构 ，是影响高档放 顶煤面支架稳定性的主要原因 ， 加之 7 1 7 7面 倾角偏大 ，平均达 2 4 。 ，如再管理不善 ，易诱 发工作面的 冒顶 、咬架、支架歪斜甚至倒架 事故 ，影响工作面安全生产。例如 9 6年 7月 2 3日早班 ，工作面割完第一 刀煤后 ，中班在 移架过程 中发生 了推垮型 冒顶事故 ，2 0 4 3 号倒架 ， 计 2 4架 ； 9 6年 月 1 9日中班采面 推进到 6 6 m 时， 2 1 ～2 4号架 推向煤 壁，影响 了工作面正常生产 。 另外支架初撑力偏低 ， 加 之频繁移架 ，工作面阻力较小 ，以及工作面 主要生产工序如放煤等随时改变围岩对支架 的约束状况 ，诸 因素都不利于网格支架 的稳 定 。在实际生产 中应采取措施 ，改善支架的 稳定性 。 首先提高支架初撑力和工作 阻力 ， 及 时更换有漏液的支柱 ；煤层倾角大时 ，支架 下 滑 ，工作面采取一定伪斜 ，减小工作面倾 角或采用俯伪斜长壁推进 ，即工作面材料道 滞后 运输 道 1 0 m左 右 ；根 据 工作 面倾 斜 角 度 ，确保 支架 有合理的迎 山；加快工作面推 进速 度 ；工作面推采不正常时 ，易造 成周期 来 压异常压垮 工作面支架 ， 及时处理 冒顶 、 片 帮 ，煤壁抽 顶时应接实。 煤层 倾角增大时 ，支架出现下滑、上移 不稳定现象 。一方面支架在 自重滑力的作用 下 ，支架下滑 ，另方面采空区顶板压力或大 块煤矸对 尾梁冲击不一 ， 支架 上移 程度不 一。 但 总 体是 上 移大 于 下 滑 。支 架 适 用于倾 角 2 5 。 以下 、顶煤较完整 的煤层 。 4 支架分 组联接 。由于放顶煤1 二 作面 周期来压有 明显 的分 区性 ，造成 顶板 下沉也 有分 区性 。工作 面来压段顶煤破 碎 、移架 困 难 。 来压段 的边沿与 不来 压段顶板 间有落差 ， 易造成支架挤架 和 咬架 ， 支架不联接的地方 ， 架 间距超 宽 时采 用 D z一2 5 0 0单体 支柱与铰 接顶梁支 护。加强对 支架 的调架 、移架管理 ， 有专 门的调架 液压管路维护人员 5 初 次放 煤步 距 以 4 ～5 m较 合适 工 作面初采 推进 4 ～ 5 m， 直接 顶板 未垮落前 ． 如 顶板完整处 ，可间隔性少放煤 ，以采 空区浮 煤高不低于尾粱 弧拱为准 。工作 面下部延 长 面初次放煤步距 为 4 m，试 采成功 。 6 坚持追机铺网移架。 坚持追机移架， 一 是充分利用支架 间相 互导 向作 用．使支架 在移架过程 中下滑 ，同时紧凑 了割煤 与移架 工 序环节 ， 使 支架始终基本 保持一条直线 ， 便 于管理 。 二是 减少 了机道上 方顶煤空顶时间 实践证 明 ，支架端 面顶 煤 冒落是影 响工作 面 正常 回采 的主要 因素 ，因此 ，坚持追机铺 网 移架是保证机道 顶煤 不 冒的有效途径 7 支架 的安装及 初采 。安装工作 面时 由巷修准备 队安装 ， 由于开 始安装没有经验 ， 由厂家现场指导整 体安装 主、付梁联在一 起 吊装 ， 安装进度慢 。后工作面延面 由采煤 队安装 ， 采用分体安装 主梁和付粱分开 然 后再对接 ，这样速 度加快两倍 。 当工作面切 眼顶板破碎 时， 宜先采用 D Z -- 2 5 0 0单体配铰接顶粱 支护进行 回采 ， 遇硬 顶后再进行支架安装 。如 7 1 7 7下 部延 面 ， 采 用单体柱配铰接 顶梁进 行过渡性 回采 ，比较 成功 。 如先 期安 装支架 ， 替掉 走 向钢粱棚 ， 支 架上必须穿顺 山长木料 ， 确 保顶板平整 ， 7 1 7 7 工作面开始先安装 支架 ，由于顶板破碎 ．工 字钢走 向棚粱没有 替掉 ，造成顶板不平 ，移 架 困难 ，进行反复 支撑 移架 ，进 一步破坏顶 板 ，空顶恶化 ，出现倒架 冒顶事故 。 收稿 日期1 9 9 8 --0 8 --3 0 ；责任骗辑--J r 矿 山压 力与磺 板管理】 9 9 9 2 4 g 维普资讯