陈四楼煤矿采煤工作面的顶板管理.doc

收稿日期2000-09-06 作者简介李福刚1963-,男,辽宁黑山人,工程师,1985年毕业于阜新矿业学院,现任永城煤电集团公司陈四楼煤矿调度室副主任。 陈四楼煤矿采煤工作面的顶板管理 李福刚,胡茂山,王 珏 永城煤电集团公司陈四楼煤矿,河南永城 476600 摘要介绍了陈四楼煤矿主要可采煤层顶底板岩性,确定了采煤工作面顶板类型,提出了防治工作面冒顶的技术措施。 关键词采煤工作面;复合顶板;管理 中图分类号T D844.1 文献标识码B 文章编号1003-0506200103-0035-01 1 煤层赋存及顶底板岩性 永城煤电集团公司陈四楼煤矿主要可采煤层为二叠系山西组二2煤层,煤层平均厚度2145m ,煤层倾角711,煤层普氏硬度系数f 0.96,属软煤。煤层伪顶为厚约110m 的炭质泥岩或泥岩,单向抗压强度为1817MPa ,属软岩。直接顶为厚约410m 的砂质泥岩或粉砂岩,单向抗压强度为2419MPa ,介于坚固性中等的岩石和相当软的岩石之间。基本顶为厚约1110m 的中粒、细粒砂岩,单向抗压强度为6214MPa 。底板为厚约25m 的砂质泥岩。顶底板稳定性差,节理裂隙发育,遇地质构造、淋水、周期来压极易破碎。 2 采煤工作面顶板类型划分及冒落特点 一般认为凡符合下列条件之一者,即视为复合顶板。①煤层顶板由下软上硬不同岩性的岩层所组成;②软硬岩层间夹有煤线或有薄层软弱岩层;③下部软岩的厚度一般大于015m ,而且不大于煤层的采高。 陈四楼煤矿煤层顶板完全具备了上述3个条件,是典型的复合顶板。其冒落特点如下 1由于采用支撑掩护式液压支架和单体液压支柱支护顶板,没有发生过压垮型冒顶,推垮型冒顶也极为少见,均为片帮冒顶。 2冒顶前工作面压力不明显,支架没有变形损坏。 3冒顶前煤壁多发生片帮,片帮深度12m 。4冒顶均属直接顶垮落,冒顶后基本顶短时间不随之垮落,可以看到明显的离层现象,基本顶垮落时工作面压力显著增加。 5皆为局部冒顶,冒落高度24m ,宽度12 m ,长度一般不大于10m 。 6冒顶多发生在断层、褶曲、顶板淋水地点和周期来压期间。 7冒落物多为碎石,往往压死刮板输送机。 3 冒顶机理分析 通过理论分析及现场观察得出陈四楼煤矿采煤工作面冒顶机理是 1原生的节理裂隙以及采动裂隙,使直接顶沿节理断裂出现不规则形状的游离岩块,煤壁片帮后悬露的顶板得不到及时支护,这些游离岩块即发生冒落。 2由于工作面支护系统的稳定性差,强度小,支柱的初撑力低等原因,下位岩层与上位岩层离层,在条件具备时,断裂成不规则六面体岩块,如果六面体岩块的推力大于它的阻力,则该岩块就会产生移动,造成冒顶。 4 防治措施 根据前述冒顶机理分析,认为陈四楼煤矿采煤工作面顶板管理应从2个方面着手。①保证支柱、支架有足够的初撑力单体支柱支护的工作面泵站压力不得低于18MPa ,支柱的初撑力不得低于1115MPa ,综采工作面的泵站压力不得低于28MPa 和合理的支护密度,不使直接顶断裂产生六面体岩块。根据Q max 4Mr ,其中Q 为工作面直接顶压力,t/m 2;M 为工作面采高,2145m ;r 为工作面直接顶岩层密度,215t/m 3。得出Q max 24.5t/m 2,单体支柱的理论工作阻力是25t ,实际工作阻力q 为理论工作阻力的90即2215t ,则工作面最小支护密度为Q max /q 1.08根/m 2。②护好煤壁和顶板。具体措施如下 1综采工作面应选择能够立即支护,端面距小,有防片帮装置,支护强度较大的支架类型。 2机采工作面应选择浅截深015016m 的滚筒采煤机。 3加强工作面的生产技术管理,搞好正规循环作业,缩短循环周期,尽量减少煤壁的暴露时间。 4一旦工作面发生片帮, 下转第37页 2001年第3期 中州煤炭 总第111期 面位于F39断层的上盘,F39断层在二五3条下山揭露时均没有突水,因此,考虑当时工作面的回采条件,所留断层煤柱仅为30m,而F39断层在该处倾角变缓,断层上盘岩层的破坏程度及范围均增大,因此F39留设的断层煤柱实际上是在断层破碎带及受F39影响而发生的原生裂隙发育带内,构造和裂隙发育,隔水层完整性遭到破坏,给八灰突水提供了通道。412 采场压力的影响 在工作面未开采前,各岩层均处于应力平衡状态,随着煤层被开采后,这种应力平衡受到破坏。岩 层内部要重新取得平衡,应力就要重新分布图3 。 图3 应力分析示意图 首先,顶板岩层的重量将通过煤柱A和已经填实的采空区D这两个“桥墩”作用于底板岩层,使底板岩层受到破坏,产生底鼓和裂隙。据焦作矿区的经验,其破坏深度一般为10m左右,这使得底板隔水层厚度减小。由于A、D的支撑,在B、C处形成减压带,底板水由于水压的作用极易沿此减压带涌出。25031工作面各突水点均在采空区附近的减压带内,随着工作面的推进,突水点也随之向前移动,并且随着采空区面积的增加,水量从012m3/m in逐渐增大到215m3/m in。 413 L8灰岩水原始导高 在工作面未开采前,我们对该工作面进行了电法探测。 根据探测结果图4分析,L8灰岩在距切眼40m处的回风巷附近,其原始导高为8m左右,也大大降低了有效隔水层的厚度。 图4 L8灰岩原始导高图 414 突水系数 由于25031工作面为二五采区的首采工作面,在回采之前,我们曾在回风巷异常区内施工了一个测压钻孔,测得L8灰岩水压为116MPa,底板隔水层厚度为19m。 突水系数计算 突水系数 水压 隔水层厚度-底板破坏深度-原始导高 1 16 19-10-8 116MPa/m 以上计算结果,突水系数远大于突水临界值,具有很大的突水危险性。 5 结论 1断层破碎带是底板突水的主要通道,应留足断层防水煤柱。 2回采破坏了应力平衡,采场压力破坏了隔水层的完整性,应加快回采速度或强制放顶,尽量减小顶板压力的影响。 3含水层的水压也是突水的主要原因,在条件允许的情况下,应提前进行疏水降压,以减少突水的水量或避免底板突水。 4由于有效隔水层厚度仅剩1m,最好最安全的措施是在底板加固后再进行回采。③ 上接第35页 则立即采取措施,对片帮后暴露的顶板及时进行支护。 5采用楔式木锚杆锚固煤壁。 6在炮采工作面选用长π型钢梁2.4,2.6, 3.0m支护,其特点是长度大,可无级迈步前挑,悬挑长度比定长度的铰接顶梁灵活,能及时支护因片帮暴露出的顶板。 7铺设顶网,消灭破断缺口,使顶板游离岩块失去移动的空间。 8架设贴帮支柱,使梁端有效接顶,避免空载。 9适当减少一次性放炮段的长度,缩小顶板暴露时间。 10推广微差爆破技术,减小爆破对顶板的破坏作用。 11由于煤层底板较松软,单体支柱应穿柱鞋控制支柱钻底,减少顶板下沉。 12对顶板进行矿压观测,掌握基本顶周期来压规律,提前对工作面进行加固。② 2001年第3期 张永旺等演马庄矿25031工作面突水原因探讨 总第111期