大采高长工作面矿压显现研究.pdf

环境工程 201902108 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 沿空留巷的支护采用高强度螺纹钢进行支护，巷道 的顶板及两帮的锚杆支护长度均为φ202400mm，间排距 为900mm1000mm，巷道的锚固长度为1400mm，预紧力为 25KN，巷道顶板中部设置锚索，锚索长度为8600mm，直接为 18.6mm，锚索的锚固长度不小于1500mm。在巷道顶板及两帮 中配合使用W型钢进行补强支护，采空区小煤柱的支护采用 A3圆形锚杆进行补强支护，间排距设置为1000mm1000mm。 3效果分析 对沿空小煤柱巷道的围岩变形情况进行了观测，结果 表明，在巷道掘进期间，巷道围岩一般在一周时间内可以趋 于稳定，在三周时间范围后，巷道顶版及两帮的位移量均不 超过0.03mm/d、0.08mm/d，巷道在掘进期间顶板的最大变形 量为35mm，两帮的最大移进量为80mm，表明巷道支护在掘进 期间是可行的。工作面回采期间，沿空留巷的围岩变形量增 加，顶板及巷道两帮的移进量有所增加，两帮的最大移进量 能在500mm，顶板的最大下沉量达到200mm。工作面超前应力 影响范围最大的范围是20～35m，尤其是巷道两帮，回采期 间工作面前方90m范围以外，回采工作面的超前支撑压力对 巷道变形几乎无影响。在超前压力影响范围较大的区域，通 过采用增加单体液压支柱的方式对巷道进行加强支护，单体支 柱布置后，巷道顶、底板的变形量得到有效控制，但是巷道两 帮的变形量确有所增加，但变形量均在安全范围之内。因此， 采用高强度锚杆支护，可以保证小煤柱沿空留巷的稳定性，确 保小煤柱沿空留巷在巷道掘进及工作回采期间的安全。 4.总结 沿空留巷护围岩的变形与护巷煤柱的宽度有较大关系， 小煤柱由于自身强度较低，受到采空区侧向应力及回采工作 面超前支撑压力作用下，煤体往往会发生较大的变形，采用 高强度锚杆支护，可以有效的降低小煤柱岩空留巷断面的变 形量，沿空留巷的效果考察也说明，高强度锚杆支护可以有 效的保证巷道掘进及工作面回采期间的安全。 【参考文献】 [1]李磊,柏建彪,王襄禹.综放沿空掘巷合理位置及控制技术 [J].煤炭学报,2012,37091564-1569. [2]蔺增元,赵光绪,孟凡震.动压条件下综采厚煤层沿空掘巷 支护优化[J].矿业安全与环保,2014,410660-63. [3]苏海.深部综放大断面沿空掘巷小煤柱尺寸优化及控制技 术[J].煤矿开采,2015,200239-42. [4]赵启峰,杜锋,李强,钱文勇,单耀.综采工作面沿空掘巷围 岩控制技术[J].煤炭科学技术,2015,431023-28. [5]谢生荣,李世俊,黄肖,孙颜顶,杨军辉,乔顺兴.深部沿空巷 道围岩主应力差演化规律与控制[J].煤炭学报,2015,40102355-2360. [6]王红胜,李树刚,张新志,吴林梓,董永建,双海清.沿空巷道 基本顶断裂结构影响窄煤柱稳定性分析[J].煤炭科学技术,2014, 420219-22. 【作者简介】 沈冬生（1975-），男，汾西矿业柳湾煤矿；研究方向采矿 工程。 大采高长工作面矿压显现研究 ＊仝宗正 （山西焦煤汾西矿业两渡煤业 山西 031302） 摘要大采高长工作面具有开采效率高，减少工作面搬家次数及增加煤炭产量等优点，在矿井中的应用日益广泛，加强对大采高长工作 面矿压的研究十分有意义。51206工作面是典型的大采高长工作面，笔者对大采高长工作面液压支架工作阻力、超前支撑压力及护巷煤柱 内的应力分布进行分析研究，以期能为后续长工作面回采提供一定的指导。 关键词大采高长工作面；工作阻力；超前支撑压力 中图分类号T 文献标识码A Study on Strata Behavior of Large Mining Height and Long Face Tong Zongzheng Liangdu Coal Industry of Coking Coal Fenxi Mining Industry of Shanxi Province, Shanxi, 031302 AbstractLarge mining height and long working face has the advantages of high mining efficiency, reducing the number of working face moving and increasing coal production, etc. It is increasingly widely used in mines, and it is very meaningful to strengthen the study of rock pressure in large mining height and long working face. 51206 working face is a typical large mining height and long working face. Through the analysis and analysis of working resistance of hydraulic support, advanced support pressure and stress distribution in coal pillar of roadway protection, the author hopes to provide some guidance for the follow-up mining of long working face. Key wordslarge mining height and long working face；working resistance；advanced support pressure 我国的煤炭储量十分丰富，在可以预见的一段时间内， 煤炭在我国能源结构中将始终占据主要位置。根据有关资 料，2016年我国煤炭消耗量约47亿吨，煤炭产业在我国取得 了长足发展。近些年来，随着采矿技术的不断前进，大采高 长工作面在越来越多的矿井中得到应用。为了减少护巷煤柱 数量，增加煤炭采收率，减少资源的浪费，回采工作面的斜 下转第109页 上接第107页 环境工程 201902109 Chenmical Intermediate 当代化工研究 109 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 长不断的增加，工作面斜长增加不仅具有以上优势，同时还 可以减少工作面搬家次数，提高矿井的生产效率，众多学者 开展了广泛研究，并取得丰硕成果。随着矿井工作面斜长的 不断增加，煤炭的开采难度也相应的加大，一些新的矿压特 征也会出现，如煤壁片帮严重，支架阻力增高，老顶来压 强度大等，给矿井的安全高效生产带来一定的制约，因此， 对大采高长工作面矿压显现规律的研究显得尤为重要。 1.矿井概况 山西某矿为年产800万吨的特大型矿井，现主采12号 煤层，煤层厚度为4.5～5.6m，平均厚度为5m，煤层赋存稳 定，平均倾角为6，采用一次采全高方式进行开采，全部 垮落法管理顶板。该矿回采工作面斜长一般为220m，走向长 度一般为600～3000m，为了提升矿井的工作效率，增加煤 炭产量，决定将51206工作面斜长增加到290m。51206工作面 为该矿的首个长工作面，工作面平均埋深为390m，51206工 作面北侧为已经回采结束的51204工作面采空区，东南侧为 51201、51203工作面，且均已回采完毕，西、南边均未布置 回采工作面。为了更好的服务于矿井安全生产，有必要对 51206工作面的矿压显现规律进行研究，进而为后续长工作 面回采提供一定的指导。 2.矿压监测及分析 1监测方案 在51206工作面综采液压支架上在端头、端尾、工作面 上部、工作面中部、工作面下部各布置一个测站，每个测站 记录6台液压支架工作阻力数据，利用观测的数据对回采工 作面倾向方向的矿压进行研究。I号测站观测的液压支架是 40～46号液压支架工作阻力，II号测站观测的是52～58号液 压支架工作阻力，III号测站观测是的2～8号液压支架工作 阻力，Ⅳ号测站是观测92～98号液压支架工作阻力，Ⅴ测站 是180～186号支架。 为了有效的对51206工作面加长后工作面回采的超前支 撑压力及侧向压力分布情况进行监测，在工作面前方单体支 柱及护巷煤柱内安设应力计，侧向煤体内应力计每隔30min 自动计量并存储一次，每隔一周采集一次应力计数据。 2矿压观测分析 ①支架阻力分析 51206工作面回采期间，液压支架的端头支架阻力平均 值为1330KN（为液压支架额定工作值的11），最大工作阻 力接近5340KN为液压支架额定工作值的45；上部液压支架 工作阻力平均值为5420KN（为液压支架额定工作值的97）， 最大工作阻力接近11602KN（为液压支架额定工作值的97）； 中部液压支架的工作阻力平均值为6405KN，最大阻力接近 12103KN（超过液压支架额定工作值0.8）；端尾液压支架 工作阻力平均值为2800KN（为液压支架额定工作值的23）， 最大工作阻力接近7800KN（为液压支架额定工作值的65）， 工作面正常回采期间端头液压支架的工作阻力明显较小，中 部液压支架承受加大的载荷，整体工作面上部支架受到的载 荷较下部大，这是由于51206工作面上部为未回采的原始煤 体，下部为51204工作面采空区，且工作面下部顶板较为破碎。 ②超前支护受力分析 从图1中可以明显看出，随着回采工作的不断向前推 进，工作面前方单体液压支柱受到的载荷不断的发生变化， 在工作面前方35～60m范围内由于回采超前支撑压力的影 响，工作面的超前支护单液压支柱的载荷开始明显的增加， 在工作面前方10～20m范围内，单体液压支护载荷值最大， 最高值接近28MPa，表明回采工作面超前支撑压力峰值范围 在10～20m内。在接近回采工作面位置的单体液压支护受到 的载荷较小，个别支护未监测到支护载荷，这是由于工作面 支护的单体液压支护由于受到回采超前支撑压力影响，受 到较大的荷载，在超前压力作用下单体支下部进入到巷道底 板，支护不能起到支护作用或者支护效果较差，因此，在对 工作面进行超前支护时应加强对单体支柱的管理。 单体支柱载荷MPa 距离工作面距离m 图1 工作面超前支撑压力应力分布情况 3护巷煤柱受力分析 51206回采工作面护巷煤柱宽度为30m，煤柱内布设的 应力计测量数据表明，由于工作面回采的影响，煤柱内的 侧向压力的峰值向煤柱深部移动，在51204采空区侧向应力 及51206回采工作面侧向应力综合叠加作用下，护巷煤柱内 原“马鞍形”的受力状态变成了“单峰型”，煤柱内的最高 压力值达到了29MPa，在51206工作面侧14m左右，受到回采 的影响，护巷煤柱的稳定性变差。 3.总结 通过对51206工作面矿压显现规律研究得出如下主要结 论（1）长工作面上部（靠近实体煤侧）的液压支架工作 阻力要较下部（靠近采空区侧）大，中部支架的工作阻力最 高。（2）51206工作面超前支撑压力的峰值在工作面前方10～ 20m范围内，工作面超前支撑压力的影响范围可以达60m； （3）护巷煤柱内的应力由于工作面回采影响重新分布，应 力分布由前期的“马鞍形”变成了“单峰型”，煤体的稳定 性变差。 【参考文献】 [1]王仲伦.大采高综采采场矿压显现规律与支架工作阻力数 值模拟研究[D].太原理工大学,2018. [2]李建胜.浅埋煤层综放工作面矿压显现规律研究[J].水力 采煤与管道运输,20180213-16. [3]李丁一.液压支架群组刚度与支护应力分布规律研究[D]. 煤炭科学研究总院,2018. [4]王楠,袁千城,李锦全,王亚.大采高工作面矿压显现规律的 数值模拟研究[J].煤炭与化工,2018,41049-1216. 【作者简介】 仝宗正（1986-），男，山西焦煤汾西矿业两渡煤业；研究方 向煤矿采煤技术研究应用。