急倾斜临界角煤层开采围岩破坏规律.pdf

收稿日期 2009 - 06 - 05 作者简介李 冬1979 - ,男,山东肥城人,工程师,现从事基层区队技术管理工作。 急倾斜临界角煤层开采围岩破坏规律 李 冬 兖矿集团 兴隆庄煤矿,山东 兖州 272102 摘 要通过相似模拟实验研究,结合以往的生产实践及类似煤层围岩破坏规律,针对旺苍 石洞沟煤矿的煤层地质条件,揭示了急倾斜临界角煤层围岩变形和破坏的规律,对急倾斜煤层回 采巷道支护提供了可参考的依据。 关键词急倾斜;临界角;回采巷道;相似模拟 中图分类号TD325 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2010 0120054202 长期以来,关于对急倾斜临界角煤层开采后围岩破坏 特征的研究较少。由于急倾斜临界角煤层开采的特殊性, 巷道围岩变形和破坏将具有新的特点,支护机理也将发生 较大的变化,因此必须首先认识围岩变形和破坏规律,才 能建立正确的支护理论和方法。 由于急倾斜临界角煤层开采后,顶板和底板的运动与 缓倾斜煤层开采后的情况有较大区别,而回采巷道变形及 破坏的主要原因是受采动影响,必须将巷道破坏机理纳入 大范围围岩破坏运动的背景下才能真正认清其机理,为正 确进行支护分析和设计提供可靠的依据。 1 工作面概况 旺苍石洞沟煤矿西一采区5112工作面主采10和11号 煤层,其中10号煤层厚度115m,普氏系数f115。煤层直 接顶为深灰色泥岩,厚度2m左右,遇水软化;老顶为砂岩 和泥岩互层,厚度约14m;直接底板为薄层状泥岩,易碎, 厚度2m以上。煤层倾角41 ～56,属于急倾斜煤层。开采 深度340m。工作面采用伪斜柔性掩护支架采煤方法,工作 面倾斜长43m。 2 急倾斜临界角开采顶板围岩垮落特征 根据相似模拟实验结果,急倾斜临界角煤层开采顶板 围岩垮落特征如图1和图2所示。 图1中,开采第一分段工作面后,顶板垮落范围不大, 垮落高度4m,离层裂隙带高度8m,经过一段时间后冒落 带高度达到8m。底板未见明显破坏。当第二分段工作面开 采后,其顶板垮落高度也达到8～10m。急倾斜临界角开采 顶板垮落出现不对称性,上部垮落角较大,相对于煤层60 左右;下部垮落角略小,一般为40 左右。图2中,开挖2 个工作面后,离层范围增大,明显离层带高度为冒落带高 度的2倍以上。 第二分段工作面及以后的工作面开挖,顶板垮落规律 基本相同。第二分段及以后的各分段开采,都在靠工作面 底部开挖边界的顶板内出现与水平面夹角74 左右的断裂 线,表明工作面顶板存在大范围破坏运动,这必将对工作 面及其上下巷道和护巷煤柱带来影响。 图1 开挖第一、第二分段工作面的顶板垮落形态 板,严禁施工队挪移或损坏标记牌,无允许进尺时严禁割煤。 5 结 语 综采放顶煤采煤工作面的 “ 四位一体 ”治理技术是全 方位瓦斯治理技术,能有效地降低工作面的瓦斯浓度。通 过采取 “ 四位一体 ”防突措施, 11601综采工作面自投产 以来,杜绝了瓦斯超限和煤与瓦斯突出事故,做到了高瓦 斯突出工作面的稳产高产,实现了安全生产,为类似煤层 的回采提高了经验。 参考文献 [1] 胡殿明,林柏泉.煤层瓦斯赋存规律及防治技术[M ].徐 州中国矿业大学出版社, 2006. [2] 于不凡,王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M ]. 北京煤炭工业出版社, 2000. 责任编辑 李泽荃 45 生产技术 煤 炭 工 程 2010年第1期 图2 开挖4个分段工作面后的顶板垮落状况 3 急倾斜临界角煤层开采顶板围岩破坏及移动规律 为了能够掌握急倾斜临界角煤层开采后的围岩移动规 律,在模型上共布置了6条测线,各测线分别位于沿工作 面倾斜方向的中部和底部,测线间距约20cm 原型20m , 测点间距20cm 原型 20m 大范围开采后的围岩变形破坏及 测点位移如图3所示。 图3 大范围开采后的围岩破坏和移动 311 开挖第一分段工作面 自地表向下留有部分煤柱后,进行开挖第一分段工作面, 位于工作面运输巷下部20m处的6号测线位移值很小,煤层底 板2m处由于卸压而轻微隆起011m,顶板2m处顶板下沉 011m,变形范围基本在距离煤层10m以内,如图4所示。 312 开挖第二分段工作面 1 工作面中部围岩移动规律。开挖第二分段工作面 后,位于工作面运输巷上部20m处,即位于工作面中部的 6测线变形明显,如图4所示。 顶板位移工作面顶板主要表现为下沉位移。距离煤 层70m以内为缓慢下沉区,下沉量为0125～017m;距离煤 层10m内下沉变形最明显,为下沉峰值区,下沉量在017m 以上, 2m处测点下沉量达峰值2m。 图4 6测线位移曲线 底板位移工作面底板主要表现为开挖卸荷后的底板 隆起变形。变形主要发生于距离煤层30m以内,明显变形 发生于距离煤层15m以内,底板隆起量最大为012m。 2 工作面下部围岩移动规律。开挖第二分段工作面 后, 5号测线基本上位于工作面的下部运输巷水平。 顶板位移顶板具有轻微的下沉变形,缓慢下沉区距 离煤层70m以内,下沉量小于011m。变形较明显的区域距 离煤层20m以内,最大下沉量014m,位于顶板2m处。 底板位移底板表现为轻微的隆起变形。变形主要发 生于距离煤层30m以内,明显变形发生于距离煤层10m以 内,底板隆起量最大为012m,如图5所示。 图5 5测线位移曲线 4 结 论 急倾斜临界角煤层工作面开采后,其顶板垮落高度为8 ～10m。开采顶板垮落出现不对称性,上部垮落角较大,下 部垮落角较小。工作面开采后顶板明显离层带高度为冒落 带高度的2倍以上。各分段开采后,在靠近工作面底部开 挖边界的顶板内出现与水平面夹角74 左右的断裂线,工 作面顶板存在大范围破坏运动,将对工作面间的煤柱及其 内部的巷道产生影响。可以看出,石洞沟急倾斜临界角煤 层工作面围岩移动的主要特征是 “ 底板微隆、顶板下沉 ”, 形成相互错动式变形破坏。 参考文献 [1] 李冬.大倾角煤层回采巷道破坏机理及锚杆支护分析[D ]. 西安西安科技大学, 2005. [2] 黄庆享,李冬,等.急倾斜临界角煤层沿空留巷矿压规律与 支护对策[ J ].矿山压力与顶板管理, 2004,04 44～ 46. [3] 石平五,等.急倾斜煤层底板破坏滑移机理[ J ].矿山压 力与顶板管理, 1993,03. 责任编辑 李泽荃 55 2010年第1期 煤 炭 工 程 生产技术