夕浅埋采场矿压及.pdf

浅埋采场矿压及覆岩破断规律 西 安 矿 业 学 院堡 竺至 侯忠杰 东胜精煤公司补连塔煤矿 田瑞云 主勇 一 了浅埋深 l l 0 m 、薄基岩、厚松散屡下开采工作面矿压显现规律， 并分析了当基岩厚度与 筐 冁 ，该 关 键 词 兰 ， 苎 塑浅 埋 曝 矽 ，厂上 ， 寥 1引肓 随着我国能源基地的西移 ，神府东胜矿 区的相继开发 ，研究浅埋深、薄基岩、厚松 散层下煤层开采工作面的矿压显现和控制及 覆岩破断规律就成 了日渐迫切的任务。通过 对神府矿区大柳塔煤矿、石圪 台煤矿数个工 作面的实验室相似模拟以及现场矿压观测， 对此种特殊赋存条件下工作面矿压显现 已有 了基本的认识，同普通埋深的煤层相比，它 有不同的特点， 基岩厚度与采高之比惫 l 对覆 岩破坏形式有着重要的影响。本文在对东胜 矿区补连塔煤矿 2 2 1 1 工作面大 比例立体相 似模拟实验及现场矿压观测的基础上 ，得 出 了毫 _ ≥1 5 时工作面矿压显现以及覆岩运动 破断的一般规律。 2 工作面摄况 2 2 1 l 面是补连塔煤矿的首采面，位于二 采区北翼，靠近南风井一佣，工作面东西两 倒未开采， 北侧为冲刷带， 南侧为停采线。 回 采 2 2中煤层 ．煤层为近永平 ，赋存稳定 ， 平均厚 5 m， 煤质坚硬， 裂隙不发育。 工作面 走向长 1 4 6 0 m， 倾斜长1 8 0 m，上、 下巷均为 锚杆支护。 工作面覆岩包括松散层和基岩两部分 。 松散层为第四系全新统梧散层 ，在开切眼处 最厚达 4 0 ． 0 m左右， 在采面推进 5 0 0 m后 ， 平 均厚均 1 5 ． 0 m。 基岩在推进 4 0 0 m后 ， 厚度基 本稳定在 l l 0 m左右 。表 1是该面典型柱状。 衰 1疆岩地层综合参戤 采用走向长壁，综机采煤 ，全部垮落法 处理顶板，选用 6 L S一0 5型双滚 筒采煤机 ， Z Y 6 0 0 02 5 ／ 5 0型 液压 支 架，_初 撑 力 5 0 4 8 k N， 额定工作阻力 5 9 9 8 k N， A F C型重型 输送机。 3 相似模拟实验及矿压观瓣设计 相似模拟实验采用底卸粱式组合堆体立 体模拟实验架，模型规格 3 ． 6 2 ． 0 t ． 5 m。 实验支架采用应力环式模型支架，实验前标 定支架阻力，可准确地模拟原型支架的工作 矿 山压力与项较量理1 9 9 8 ． №3 9． 一 夕 维普资讯 状况。 模拟实验几何 比采用 1； 5 O 。根据相似 定律 ] ， 5 9 ， 1 ． 6 ，故 n 一8 0 ， 7 。 其中 q分别为几何、容重、应力 和时间相似比。 工作面矿压观测采取沿工作面布置三个 测 区 机头侧的 7 和 1 3 架 I 测区 ， 中部 的 5 6 和 6 2 架 1 测区 ，机尾侧的 1 1 3 和 l 1 8 架 1l 测区 所观测支架装有压力传感 器 ，支架载荷可直接从地面 自动记 录储存压 力值的微机中收集 ，同时对所观测支架进行 活柱下缩量观测 4 工作面矿压显现规律 4 ． 1 老顶初 ；上来压和周期柬压 按模拟实验及现场矿压观 测所 得数据 ， 可得支架工 作阻力 与工作面 推进距 离的关 系。图 1为工作面中部支架工作阻力与工作 面推进距离关系图。图中也给 出了老顶来压 的判据。即支架最大工作阻力的平均值加均 方 差 距平均为 9 ． 2 m，由此可见， 模拟实验真实地 反映了现场情况。 ， 4 ． 2 老顶来压的强度 表 2为 中部测区老顶初次来压及周期来 压时的动载系数 。 寰 2 工作 面来压动 载系数 嚣 平 模掇 实验1 ． 1 5 1 ． 1 3 1 1 4 1 1 5 1] 6 1 1 5 现场观测1 0 9 1 ． 1 3 1 0 4 1 1 3 1 1 4 】1 1 由表 2可知 ，老顶来压时，支架增载系 数 最大仅 1 ． 1 6 ，并 没有 出现象 大柳塔 煤矿 1 2 0 3面老顶沿煤壁切落 ，出现台阶下沉的现 象 ，这说明，在薄基岩 、厚橙散层下开采煤 层， 选用高阻力支架， 可减小老顶来压强度， 预防顶板 沿煤壁切落 。 4 ． 3 实测支架工作 阻力分析 对 2 2 1 1面测 得的支架 工作阻力进行统 计 分 析 。 I测 区 支 架 最 大 工 作 阻 力为 5 Z g s k N ／ 架 ， 平均工作 阻力为 4 6 7 3 1／ 架 ， 相 3 5． 1 m 一-7 ． 3 m _ ‘ 一8 ． 0 n P - ‘ 锄 6 I 一 、 l八 』 1． 』 P 5703 l 、 ／ ＼ ． f、丛厶 l P 5 诎 ／f l 。 ， { - 图 1 支架 工作阻力分布 图 现场矿压观测 一 一相似模拟实验 由图可知 ，老顶初欢来压步距为 3 5 ． O m 左右，周期来 压步距为 7 ． 3 ～1 2 ． 1 m， 模拟实 验周压步距平均为9 ． 3 5 m，现场观测周压步 - 1 0- 1 9 9 8№3矿山压力与项板管理 臣开切噩距离／ m 当于额 定工作阻力 的 7 ．7 - 9 I测区此三量 分 别 为 5 9 4 1 k N ／ 架 ， 4 6 2 3 k N／ 架 ， 7 7 ． 1 ；Ⅲ 测区 为5 2 4 9 k N／ 架 ， 4 3 2 5 k N／ 架， 7 2 ． 6 ％。 非 来压期问 ，支架大部分 在 额 定 初 撵力 附 近工 作。老顶来压时，工作 面支架平均工作阻力为 5 3 3 2 k N ／ 架 ，为支 架 额 定工作阻力的 8 9 ， 可 认为支架对工作面来压 是适应的， 虽仍有 1 1 的富余，但考虑到工作面快速推进时老顶来 压将更强烈 ，要留有一定富余 。 5 爱岩运动破断规律分析 甜 墓丑 维普资讯 在采高一定的条件下， 工作面基岩厚度， 松散层厚度以及工作面 支架额定工作阻力是 决定浅埋深、厚松散层下开采覆岩运动破坏 特点及 矿 压显现 特点 最 主要 的三个 因素。 2 2 1 1面这三 因素的变化使 “ 支架一围岩”关 系有其特点。 1 顶板覆岩分为 冒落带、裂隙带 根据 2 2 1 1面模拟实验， 建立覆岩分带模 型如图 2 。 当基岩厚度与采高之 比k≥l 5时， 顶板覆岩 出现 冒落带、裂 隙带 。面 当 k一5 时， 覆岩仅有 冒落带， 如大柳塔煤矿 1 2 0 3面， 当k一1 0时，覆岩分为 冒落带和岩柱错 动 带 ，如大柳塔 2 0 6 9 1面 ，在普通埋深煤层 中 覆岩分为冒落带、裂隙带和弯 曲下沉带，因 此 k≥1 5时覆岩分带介于 kl 0 与普通埋 深煤层之间， 不会出现沿煤壁全厚切落现象 。 图 2 工 作匾覆岩分布 2 顶板基岩在工作 面前方不再出现拉 伸裂隙 由文献口 知 ， 薄基岩、 厚松散层下开采覆 岩发生全厚整体切落虽是剪切破坏，但如果 基岩不产生拉伸裂隙，这种全厚 切落就不会 发生。在厚松散层载荷作用下 ，顶板基岩首 先在工作面前方产生拉伸裂隙，自上面下发 展，顶板基岩越薄，裂隙越容易贯通基岩全 厚。 在 2 2 1 l 面相似模拟实验中， 工作面推进 了 1 2 7 ． 6 m， 顶板基岩在工作面前方始终未出 现过拉伸裂隙，因此就不可能发生覆岩整体 全厚切落 。 3 厚松散层不再是工作面矿压显现的 重要影响层 ，工作面不会出现溃沙，基岩表 面潜水会通过裂隙涌人采空区。 2 2 1 l面煤层上 部有多层 厚度较 大且较 坚硬的岩层 ，如表 1所示 ，第 1 2层 、8层及 5 层、4层分别 为厚 4 ． 1 m、3 ． 3 m及 2 ． 6 7 m、 1 2 ． 4 9 m 老顶。 显然 ，由于采空区已被冒落矸 石充填，承受着厚松散层 的老顶不会发生剧 烈的运动 ，而且 ，即使有较剧烈的切落、沉 降、回转运动 ，通过其下 的很厚的岩层的传 递 ， 对工作面矿压显现的影响已是很小了。 对 薄基岩、厚松散层煤层 ，顶板基岩在工作面 前 方的拉伸裂 隙带是流砂溃人 工作面 的通 道 。 当k≥1 5时 ， 基岩不再 出现贯通裂 隙， 因 而开采时，沙将无通道溃人 。在采空区，因 裂隙带已发展到地表 ， 故潜水会进人工作面。 6 主要结论 1 在 k≥1 5的赋存条件下开采 ，工作 面仍存在初次来压和周期来压现象 。初压步 距为 3 5 ． O m，周压步距约 9 m。 2 采用高阻力液压 支架 ，改善 了支架 一 围岩相互作用关系 ， 老顶来压强度减小 ， 仅 为 1 ． 1 3 ，防止了工作面出现台阶下沉 。 3 覆岩分为冒落带、裂隙带 ，在工作 面前方基岩不再 出现拉伸裂隙，厚松散层也 不再成为影响工作面矿压显现 的重要层。 参考文献 l 林韵梅实验岩石力学一模拟研究．煤炭工生出版 杜 ， l 9 8 4 2 钱鸣高等．矿山压力盟其控制．煤炭工业出版杜 3侯忠杰．厚砂下煤层覆岩运动破 断规律．矿山压力 与顶板蕾理，l 9 9 5 ．1 责任编辑晓 南 作者简介张健音． 1 9 7 4 年生． 1 9 9 6 年西安矿生荦院 采矿工程幸生毕生，现在西安矿生荦院玻读矿山压力厦控 制方向硝士研克 生． 矿 山压力 与疆撮量理1 9 9 8 ． №3 1 1 维普资讯