急倾斜煤层走向长壁工作面矿压观测研究.pdf

急倾斜煤层走向长壁工作面矿压观测研究 李 峰,尚二考 河北金牛能源股份有限公司 总工办,河北 邢台 054000 摘 要在现场观测的基础上,对葛泉矿1521急倾斜倾角 ≤55走向长壁综采工作面回采过 程中的矿压显现特征进行了分析和研究。 关键词急倾斜;走向长壁;综采工作面;矿压显现 中图分类号 TD823. 21 3 文献标识码 B 文章编号 1007 - 1083 2007 02 - 0006 - 02 Study on the rock pressure observation in the sharp tilting coal seam longwall face LI Feng , SHANG Er - kao 1521工作面是葛泉矿2005年投产的综采工作 面,开采煤层为山西组2 煤,顶板属二类二级, 伪顶局部发育,岩性为粉砂岩;直接顶为泥质粉砂 岩,平均厚度1171m;老顶为中砂岩,平均厚度为 6119m。1521工作面沿边界煤柱走向布置,受断层 影响分为内外两部分。总体上看,工作面倾角里缓 外陡。 工作面里段倾角在32～46 之间,平均38 。工 作面倾斜长97～101m ,平均99m ,走向长度470m , 煤厚116～312 m ,平均218m。 工作面外段切眼沿断层走向布置,工作面倾角 38～55,平均45 。机尾段倾角大于45,局部最 大倾角为55,属急倾斜煤层。工作面倾斜面长 104～115m ,平均110m ,走向长430m ,煤厚213～ 311m ,平均216m。 1521综采工作面巷道支护采用锚杆锚索联 合支护方式,以锚网锚索支护为主,顶板破碎段采 用锚网与木棚联合支护。运输巷、运料巷以及切眼 在顶板完整、较完整的情况下采用全锚固形式支 护,断面形状为直梯形;两巷及切眼的顶板均采用 22mm2000mm高强度螺纹钢,配钢筋梯子梁和 112m110m金属网支护。顶锚杆间排距运料巷 为1000mm900mm ,运输巷为850mm900mm ,切 眼为930mm900mm。两巷及切眼的帮部采用 14mm1800mm圆钢锚杆配10m112m的金属网 控帮,两巷的上帮锚杆间排距为800mm700mm , 下帮为700mm700mm;切眼的两帮锚杆间排距为 700mm700mm。巷道上帮煤壁每间隔3m补加一 道锚索梁,巷道顶板每3m补打一道锚索梁,破碎 时适当加密。 1 矿压观测及结果分析 111 观测内容及方法 1利用圆图压力自记仪,连续观测整个开采 过程中支架载荷的变化。测线及测站布置沿工作 面布置3条测线,即选择工作面第5 、30 、60 支架,每个支架上安装1圆图自记仪,工作面开始 正式回采后,每天更换记录纸。 2在工作面两平巷内设置测点,进行巷道变 形观测,主要测量巷道的顶底板移近量和两帮的移 近量。测点及测站布置在运输、轨道平巷内分别 布置两个测站超前工作面54m以上 , 在每个测 站布置测点,每天测量相应的数据。 112 观测数据及分析 表1 工作面液压支架工作阻力观测统计分析结果kN 项目5支架30支架60支架平均值 平均工作阻力182510221919210018204813 平均初撑力133319163617158113151713 平均末阻力203515246919232314227613 最大工作阻力290815315718307417304115 最小工作阻力83111747199971285519 工作面液压支架工作阻力观测数据的统计分析 结果见表1 ,从中可以看出在1521工作面进行大 倾角综采时,工作面的矿压显现具有以下特征 1在工作面的回采循环中,工作面液压支架 6 河 北 煤 炭 2007年第2期 的载荷总是逐渐增大。 2大倾角综采开采时,支架受到的载荷较 小,支架的性能能够满足要求。 3在整个观测过程中,几乎所有支架呈现增 阻工作状态。 4沿工作面全长支架载荷的分布特点为工 作面两端压力小于中部压力,下端压力小于上端压 力。 5观测支架最大工作阻力均小于额定工作阻 力,表明ZY3200/ 1315/ 28型支架满足开采强度的 要求。 2 工作面的周期来压 支架工作阻力变化曲线如图1所示,支架工作 阻力见表1 ,周期来压步距统计结果见表3。 图1 支架工作阻力随工作面推进的变化趋势 通过分析,可以认为葛泉矿大倾角综采工作面 周期来压具有如下特征。 1工作面周期来压不明显。从整个工作面来 看,除30 架外,其余支架的周期来压不明显,工 作面周期来压步距介于9～17m ,平均周期来压步 距为12m ,未来压时支架载荷196112 kN ,来压时 支架载荷为269214kN ,来压时动载系数为1141。 2工作面不同位置周期来压的表现具有比较 大的差异,相比较而言,工作面两端的周期来压显 现要弱于工作面中部。周期来压时,工作面下端的 支架载荷为2160～2900kN ,上端为2080～3000kN , 动载系数1115～1143 ;而中部来压时,支架载荷为 2670～3160kN ,动载系数为113～1166。如果根据 中部支架载荷的变化确定周期来压步距,则平均周 期来压步距为1113m。 3 巷道矿山压力及显现规律 表2 巷道断面变化分析结果 内容上顺槽下顺槽 顶底板最大移近速度/ mmd - 1 13 两帮累计移近量/ mm40200 巷道断面缩小变形率/ 213915 表3 工作面周期来压统计 来压 次序 架号 来压步 距/ m 动载 系数 来压 次序 架号 来压步 距/ m 动载 系数 1 5 141135 30 131152 60 131142 平均13131143 5 5 121130 30 111153 60 121143 平均11171142 2 5 131146 30 121137 60 121135 平均12131139 6 5 171151 30 101154 60 101132 平均12131146 3 5 101130 30 111138 60 111134 平均10171134 7 5 91152 30 171166 60 131138 平均131152 4 5 121124 30 91156 60 151129 平均121136 8 5 111148 30 101133 60 121115 平均111132 根据巷道断面的变化,可以得出巷道变形的基 本规律 下转第17页 72007年第2期 河 北 煤 炭 能力,只要能够控制在矿井设计排水能力限度之内, 就可以认为已经起到了“防水作用” 。否则,就应考 虑疏排干降压的开采方案和措施了。 212 安全煤柱的种类 1防水安全煤柱当上部水体的水量大或底 部含富水性强并有一定补给条件时,应留设以防水 为主要目的的防水安全煤拄。防水安全煤柱的留设 高度,一般应等于导水裂隙带的最大发育高度加上 一定厚度的保护层,即 H安≥H导 H保 2防沙安全煤柱当上覆水体的水量小或底 部含富水性弱、补给条件差或松散层底部有一定厚 度的粘塑性隔水层分布时,可留设以防沙为主要目 的的防沙安全煤柱。防沙安全煤柱的留设高度,一 般应等于冒落带的最大发育高度加上一定厚度的保 护层,即 H安≥H冒 H保 3防塌安全煤柱当松散层底部以厚层黏土 层组成或上覆水体含水层与煤层开采无明显水 力联系时,可留设以防塌为主要目的的防塌安全煤 柱。防塌安全煤柱的留设高度,一般应不小于冒落 带的最大发育高度。即 H安 H冒 3 影响煤层露头煤柱留设的主要因素 从采煤引起覆岩移动、破坏的基本规律和大量 采掘试验资料得知,影响煤层露头煤柱留设的主要 因素有 1煤层赋存条件,包括产状、厚度、分布及 其物理力学性质等。 2开采方法及开采规模,包括采区布置、开 采方法、顶板管理及开采规模等。 3煤矿床本身及上覆岩土层的水文、工 程地质条件,包括① 矿区地质构造条件及原岩地 应力状态;② 新生界松散层的成因类型、时代、岩 性结构,底部含隔水层的岩性、厚度、分布状 况及其含隔水性能、补给排泄条件和物理力学性质 等;③ 基岩面起伏形态和风氧化带厚度、风化程度 及其物理力学性质;④ 煤层顶板类型及上覆基岩层 段的岩性、结构、单层厚度及其水文、工程地质特 征等。 作者简介邵月琴1965 - , 女,安徽砀山人,工程师, 中煤第一勘探局科教中心从事技术工作。 收稿日期 2007 - 01 - 08;编辑刘阐词 上接第7页 1巷道的总变形量较小。从巷道变形的平均 值来看上、下顺槽最大的顶底板移近速度为 1mm/ d和3mm/ d;上、下顺槽两帮最大累计移近 量为40mm和200mm。 2工作面上、下顺槽相比,上顺槽的稳定状 况要优于下顺槽,其顶底板移近量、顶底板最大移 近速度、两帮累计移近量、断面缩小变形率均小于 下顺槽的相应值。 3在工作面前方约4550m处,由于移动支承 压力的影响,巷道开始产生变形,但至工作面前方 30m处,无论是顶底板或两帮,围岩煤的移近 量均非常小,变形速度亦很小。而后开始显著增 加,到工作面前方12m左右处,巷道的顶底板移 近速度和两帮移近速度急速增加,这与工作面前方 支承压力分布规律吻合。根据表3数据计算得出, 平均来压步距12m ,平均动载系数1141。 4 结 语 1在急倾斜走向长壁综采工作面周期来压不 明显,工作面不同位置周期来压的表现具有比较大 的差异,工作面两端的周期来压显现要弱于工作面 中部。 2工作面超前支承压力影响范围在12m前 后,小于2 煤其他工作面。 3工作面上下顺槽总变形量较小,而且上顺 槽的稳定状况要优于下顺槽。 4通过对支架工作阻力观测分析,可知所选 的ZY3200/ 1315/ 28型掩护式支架支护状态良好, 可以满足类似条件下综采工作面控顶要求。 5在选择高支护阻力支架并采取合理的回采 工艺的前提下,类似条件下综合机械化走向长壁采 煤是完全可行的。 作者简介李 峰1980 - , 男,山西长治人,河北金 牛能源股份有限公司总工办助理工程师。 收稿日期 2006 - 12 - 11;编辑刘阐词 712007年第2期 河 北 煤 炭