煤矿开采V(1).pdf

第 9卷 第 2期 总第 5 9期 2 0 0 4年 6月 煤矿 开 采 Co a l Mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 9 N o ． 2 S e ri e s N o ． 5 9 J u n e 2 0 0 4 “ 三软” 较薄厚煤层综放 工作 面矿 压显现 分析 范振 伯 安徽理工大学 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 [ 摘要] 通过对淮南矿区某矿较薄厚煤层综采放顶煤工作面矿压观测分析，得 出 “ 三软”较 薄厚煤层 综采 放顶煤 开采工作面的矿压显现特征 ，综合评价 其支架的适应性与工作状 态，为工作 面支 架选 型提供依 据 ，对同类条件下综放俯斜工作面开采具 有指导意义。 [ 关键词] “ 三软”较薄厚煤层；综采放顶煤；矿压显现特征 [ 中图分类号]T D 3 2 3 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 0 4 0 2 4 X 4 6 - 0 2 An a l y s i s o f s t r a t a b e ha v i o r i n l o n g wa l l wi t h t o p- c a ving mi ni ng f ac e o f t hr e e s o f t an d r e l at i v e l y t hi n ne r t hi c k c o a l s e a ms F AN Z h e n b o A n h u i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e o b s e r v a t i o n a n d a n a l y s i s o f s t r a t a b e h a v i o r i n l o n g wall w i t h t o p c a v i n g mi n i n g f a c e o f r e l a t i v e l y thi n n e r thi c k c o a l f a c e s i n Hu a i n a n mi n e a r e a ，i t s c h a r a c t e r i s t i c o f s t r a t a b e h a v i o r C an b e d r a w n．T h e p a p e r e v alu a t e s t h e a d a p t a b i l i t y an d w o r k i n g s tat e o f i t s s u p p o r t a n d p r o v i d e s b asi s f o r s u p p o rt s e l e c t i o n a n d h as t h e i n s t r u c t i o n al s i g n i fi c a n c e for d i p f a c e i n the s a l n e c o n d i t i o n ． Ke y wo r d s t h r e e s o ft an d r e l a t i v e l y t h i n n e r t h i c k c o al s e a ms ；l o n g wall wi t h t o p c a v i n g mi n i n g ；c h ara c t e ri s t i c o f s a ta b e h a v i o r 某矿 1 2 1 2 3 工作面采用综采放顶煤工艺 ， 该面 自投产以来 ，产量一直稳中有升 ，曾创下 日产 超过 1 2 0 0 0 t 的原煤纪录，月产突破 2 3万 t ，单产 、 增幅均创淮南矿 区最高纪录。现以该综放面的矿压 观测结果为基础，对较薄厚煤层综采放顶煤工作面 采场矿压特征及该面支架工作状态作初步探讨 ，以 期判断采煤方法的适应性 ，对今后支架选型和生产 管理提供依据。 1 综放工作面开采技术条件 1 2 1 2 3 工作面为一倾斜长壁综采放顶煤工 作面 ，位于井 田 一6 0 0 m水平西翼采区，工作面标 高为 一 4 1 0～5 7 0 m，其倾斜推进长度为 1 1 9 0 m，工 作面长度 2 O 0 i n ，煤层倾角 5～8 。 ，平 均 7 。 ，煤层 厚度为 3 ． 4～ 4 ． 7 5 m，平均 3 ． 9 m，煤层 硬度 系数．厂 0 ． 7～1 ． 2 ，工作面呈一单斜构造。 顶板 为复合顶 板 ，基本顶 为 中粒砂 岩和细砂 岩 ，厚度 3 ． 5 m；直接顶 为粘土岩 、碳质岩等 ，厚 度 0～1 2 m；直接底为砂质粘土岩 ，厚度 1 ． 4 m；老 底为砂岩 ，厚度 3 ． 3 m。工作 面沿煤层底 板布 置， 割煤高度 2 ． 4 m，放煤高度 1 ． 7～1 ． 9 m，采放 比为 1 0 ． 7～ 0 ． 8 6，循环进度 0 ． 6 m，放煤步距 1 ． 2 m。放 煤支架参数如表 l所示。 表 1 放煤支架主要参数 名称 参数 支架型号 支架高度／ m 支架 中心距／ m 工作阻力／ k N 初撑力／ k N 支护 强度／ MP a Z Bl O 0 0 ． 1 7 ／ 2 8 1 ． 7 ～2 ． 8 1 ． 5 4 0 O O 3 5 2 0 0 ． 6 2 2 综放面矿压实测及分析 2 ． 1 矿压观测 内容及方法 2 ． 1 ． 1 观测 的主要 内容 观测主要内容有液压支架支护阻力，包括初撑 力 P n 、最大阻力 P 、时间加权阻力 P ；巷道超前 支护单体支柱阻力 ；巷道两帮及顶底板移近量 。 2 ． 1 ． 2测 点布 置及观 测 方法 液压支架工作阻力测试 ，全工作面分上 、中、 下 3个测区，其中在上测区、中测区和下测区分别 布置 2条测线 ，测线分别布置在 1 2 1 和 1 2 0 支架， 6 4 和 6 5 支架 ，1 0 和 9 支架上 ，采用综采压力 自 记仪检测 ；围岩变形采用十字布点法观测。 2 ． 2 工作面矿压显现分析 液压支架工作阻力观测结果如表 2所示 ，工作 面支架的初 撑力平均 1 8 1 3 ． 5～1 8 5 7 ． 5 k N ／ 架之间 ， 【 收稿日 期]2 0 0 3 1 2 0 9 [ 作者简介】范振伯 1 9 6 3 一 ，男，安徽萧县人，工程师，1 9 8 4年毕业于淮南矿业学院采矿工程专业。从事后勤和国有资产管理工作，现 任安徽理工大学后勤资产处副处长。 4 6 维普资讯 范振 伯 “ 三软 ”较 薄厚煤层综放工作 面矿压 显现分析 2 0 0 4年 第 2期 达到额定初撑力 3 5 2 0 k N ／ 架的5 2 ． 3 ％ ，这主要是由 于泵站实际设定压力为 2 3～ 2 7 MP a ，顶板初次来压 之前按设计压力设定 ，以后泵站实际设定压力 比设 计低有关 ；另外后柱初撑力低也是主要原因。工作 面实测的循环末阻力平均为 2 3 8 7～ 2 4 9 5 k N ／ 架 ，占 额定工作 阻力4 0 0 0 k N ／ 架的 6 0 ． 8 ％ 。初次来压期间 循环末阻力已达额定工作 阻力 的 7 5 ％。这表 明液 压支架的工作阻力 已得到发挥 。 表 2支架工作 阻力统计 结果 堡 堡 查里 上 中 下 上 中 下 注 额 定 值 初 掌 力 3 5 2 0 k N，P2 8 ． 0 MP a ；作 阻 力 4 0 0 0 k N，P 31 ． 8MP a 整个观测期间 ，工作面支架前柱的最大初撑力 是 1 3 0 3 k N ／ 柱 ，最 小初 撑 力是 1 6 1 ． 9 k N ／ 柱 ，平均 5 6 7 ． 7 k N ／ 柱 ，后柱的最大初撑力是 1 1 4 8 k N ／ 柱 ，最 小初撑力是 1 6 5 ． 9 k N ／ 柱 ，平均 5 6 7 ． 7 k N ／ 柱 ；工作 面循 环末 阻力 ，前 柱最 大 是 1 3 1 7 k N ／ 柱，最小 是 1 6 9 ． 3 k N ／ 柱 ，平 均7 0 7 ． 6 k N ／ 柱 ， 后 柱 最 大 是 1 2 3 6 k N ／ 柱，最 小是 1 6 2 ． 5 k N ／ 柱 ，平均 4 8 3 ． 5 k N ／ 柱 。前柱的增 阻值平 均为 1 3 9 ． 8 k N ／ 柱 ，后 柱的增 阻值平均为 8 3 ． 7 ／ 柱。支架前柱工作阻力明显大于 后柱 ，平 均 前柱 为后 柱 的 1 ． 4 4倍 ，这 表 明 1 2 1 2 3 工作 面支架的载荷重 心更靠近煤壁 ；通常对 周期来压反映 比较敏感 的后柱 支撑力显现不 明显 ， 也就是说 ，基本顶活动对支架影响不大，说 明破碎 顶煤作用在支架上 的载荷 以静 载荷为 主 静 载荷 即给定载荷 。同时 ，通过该 面的长期观察 ，支架 的端面距对煤壁稳定性有很大影响 ，当端 面距为零 时 ，煤壁稳定性最好 ，特别是上下出 口，在采用全 封闭时，冒顶事故较少 ，没采用全封 闭机构时 ，冒 顶事故相对较多 。 在整个观测 中，工作面支架压力动载系数为 初次来压期间 1 ． 1 5～1 ． 2 7，5次周期来压平均仅为 1 ． 1 9～1 ． 2 8 。周期来压期间动载系数略高 于初次来 压期 间，但总的来说 ，支架的动载系数小 ，这表明 顶板较为稳定 ，同时这也与支架上的载荷 以静载荷 为主有关 。 2 ． 3 来压特征 1 2 1 2 3 工作面基本顶初次来压是分段进行 的，由工作面上部 轨道巷侧 向工作 面中部再 向工作面下部 运输机 巷侧 发 展，这 与工作面 长度较长 ，且工作面 当时上端推进超前下端 8 m左 右有关 。其中初次来压步距上部为 1 9 ． 8 m，中部为 2 1 ． 4 m，下部为 2 3 m，全工作面初次来 压平均步距 为 2 1 ． 4 m。 同样 ，工作 面上 、中、下部周期来压时间不一 致 ，来压步距也不相同，即使在同一测区 ，各次来 压步距也有差异。周期来压步距 的变化范围为 7 ． 3 ～ l 1 ． 0 m，约为初 次来压步距的 1 ／ 3～1 ／ 2 。 3 巷道矿压显现特征 巷道顶 、底板移近量及两帮移近量观测结果如 图 1所示 。工作面超前支护单体支柱压力 的观测数 据 平均压力如图 2所示。实测结果分析如下 砸工作面距离缸 两帮移近量曲线 砸工作面朋离缸 顶底板穆近量曲线 图 1 巷道 围岩移近量 曲线 图2单体 支柱平 均压力变化 曲线 1 采 动影 响波及 到工作 面前 方 6 0 m 以外。 顶底板的相对移 近量从 工作 面前方 约 2 0 m处 开始 明显增大，说明工作面超前支承压力的明显影响范 围在工作面前方 2 0 m 内。 2 巷道顶底 板相对移 近量和移 近速度明显 大于两帮相对移近量和移近速度 ，顶底板的最大移 近速度为 3 4 mm ／ d ，两 帮的最大 移近速度为 8 m m／ d ，这说明巷道垂直方 向的压力大 于两 帮水平方 向 的压力 ，巷道的侧压较小。 下转 6 9页 4 7 狮 8 6 7 枷 瑚 舰 6 8 8 吼 7 8 5 辑吼 2 8 7 吼 ％ 默 4 32 1 、 R坦零 维普资讯 姚凤林等开滦赵各庄矿十三水平首采面瓦斯综合治理 2 0 0 4年第 2期 找至 1 1 煤层后再沿煤层走 向掘高位 巷。这种方式 每米投 入约 1 0 0 0元 ，而每米 可 出 5 t 煤 ，合 8 0 0 元 ，综合成本每米仅 2 0 0元。如果开采其它煤层找 不到合适的邻近煤层布置高位巷时 ，就得考虑从适 当位置的岩层中掘岩巷 ，这样成本相对较高。 图2高位 巷布置 3 加强通风系统管理 3 ． 1 有效风量管理 通风区对工作面有效风量及漏风情况进行量化 管理 ，由通风员每天测 1次风量 ，工作面有效风量 必须达到 1 5 m ／ s ，否则应及时采取有关措施。 3 ． 2 通风断面管理 加大工作 面控顶距离 ，保持通风断面，一般比 常规控顶距增加 l m，增加通风断面约 2 m 。 工作面每次放炮后 ，先将浮煤出清 ，然后方可 放下一次炮 ，充分保证炮后的有效通风断面。 采区上山及顺槽 ，凡断面小于4 ． 5 m 高度低 于 2 ． O m或 宽度低于 2 ． 3 m时，采 区及 时安排起 底或扩帮 ，并由安监部门进行监督检查 ，保证其有 效通 风断 面 。 上下石门料场严格实行计划开料 ，料场的料要 码放整齐 ，占用断面不得超过石门总断面的 1 ／ 3 。 3 ． 3 通风设施的管理 对上 山的风墙 ，采 区 3班设专人管理 ，有 问 题 时及时检修 ，以减少漏风。 上隅角风障明确 由现场班长负责 ，每班开工和 每次炮后 ，及时由现场班长或指定的专人进行调整 和 吊挂 ，确保风障有效。 4 优化回采工艺 4 ． 1 减小爆破 幅度 每次爆破 由原来的 l O m范围减到 5 m范围 ，特 别是工作面上出 口2 0 m范 围内为每 2 m一次爆破 ， 大大减小了每次落煤后涌出的瓦斯 。 4 ． 2 工作面上隅角抹角 工作面上部 回柱时 ，通过回柱工艺 ，将采空区 侧支柱 由传统的直角弯改为钝角弯 ，从而保证 了风 流畅通 ，可有效避免上隅角瓦斯超限。 5效益分析 通过加强通风系统管理 、灵活多样的抽放方式 以及 回采工艺 的改进 ， 3 1 2 2工作面从 2 0 0 3年 2月 份投产以来 ，已安全采出原煤 1 5万 t ，比预计多出 煤 l 0万 t ，创效益 1 0 0 0万元。 3 1 2 2工作面作 为 l 3水平首采工作 面 ，自开采 以来通过瓦斯综合治理 ，未发生一起瓦斯积存 以上 的事故 ，给赵各庄矿创出了可观的安全效益。 通过 3 1 2 2工作面瓦斯综合治理 ，给 3 1 2 2工作 面 以后 的开采以及其它瓦斯涌出量较大的工作面开 采提供 了宝贵 的经验 ，特别是高位巷的抽放方式 ， 已成为 目前赵各庄矿最为有效的瓦斯治理方式 ，即 将在全矿瓦斯涌出量较大的工作面全面推广。 [ 责任 编辑 邹正立 】 上接 4 7页 3 工作面前方超前支承压力峰值区约为 2 7 m，峰值点位置在工作面前方 3 ． 5 5 ． 5 m范围内。 4主要结论 1 工作面顶板平均初次来压 步距为 2 1 ． 4 m， 平均动载系数为 1 ． 2 ，来压强度 中等偏低。周期来 压步距 的范围为 7 ． 3一l l m，来压强度中等，平均 动载系数为 1 ． 2 3 。周 期来 压的动载系数稍大于初 次来压 ，反映出顶板周期来压显现较为明显。 2 支架 初撑力平 均值 是额定值 的 5 2 ． 3 ％ ， 支架工作 阻力 的平均值是额定值 的 6 0 ． 8 ％，最 大 工作阻力平 均值为额定值 6 2 ． 4 ％ ，来压期 间立柱 安全阀开启率小 于 l 3 ％ ，反映 了支架 的额定工作 阻力在来压期间能满足控制顶板活动的需要 。 3 采动影 响波及到工作 面前方 6 0 m，超前 支承压力 的明显影 响范 围在工 作 面前 方 2 0 m 内。 巷道顶底板相对移近量和移近速度明显大于两帮相 对移近量和移近速度 ，巷道垂直方向的压力大于两 帮水平方向的压力 ，侧向压力较小。工作面前方超 前支承压力峰值区范围约为 2 7 m，峰值点位置在 工作面前方 3 ． 5 5 ． 5 m范围内。 [ 参考文献] [ 1 ]钱鸣高，刘听成 ．矿山压力及其控制 1 9 9 2年修订版 [ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ，1 9 9 2 ． [ 责 任编 辑 毛德兵】 维普资讯