极软特厚煤层轻放开采矿压显现规律.pdf

文章编 号1003- 5923200401- 0051- 03 极 软 特 厚 煤 层 轻 放 开 采 矿 压 显 现 规 律 赵奇,杜长胜 淮 北矿业 集团 有限责 任公 司,安徽 淮 北 235006 摘 要通过对朱仙庄矿轻放开采的实践和理论研究,本文重点分析了极软、 松散、 特厚煤层轻放开采的 矿压显现规律,介绍了该煤层赋存条件下轻放开采的关键性技术。 关键词极软;松散煤层;轻放;矿压规律;关键技术 中图分类号T D 323 文献标识码B 淮北矿区位于安徽省北部,新华夏系N N E 和东西向构造的复合部位。矿区地质条件复杂、 煤 层极软、 顶底板软、 瓦斯含量高且有突出危险、 煤层 易燃、 地质构造多、 可用于连续开采的块段小、 地应 力高等,1998 年以前,对于厚及特厚煤层一直采用 分层开采方法,工人劳动强度大、 安全条件差、 生产 效率低、 经济效果不好,严重制约了淮北矿区的经 济发展。 1998 年在朱仙庄煤矿 828 - 3面进行了网格迈 步式 支 架放 顶 煤试 验,而 后 进行 了 ZF2400/16/ 24B F 轻型支架综采放顶煤,基本摸清了极软、 松 散、 特厚煤层轻放开采的矿压显现规律和关键性技 术,为今后的安全、 高效、 经济开采奠定了基础。 1 开采条件 1.1 煤层赋存条件 朱仙庄煤矿开采淮北矿区宿东煤田,矿井煤层 赋存复杂。含煤 18～25 层,最多可达 34 层。其中 可采 6 层,主采 煤层为 8 煤,占 矿井可采 储量的 78 ,煤层光泽暗淡,鳞片状块状结构,煤层内有 2 ～3 层 0.1～0.3m厚的泥岩夹层,煤的硬度系数 f ≤0.5;10 煤、 7 煤为大部分可采,6 煤、 9 煤、 3 煤为 局部可采。8 煤层瓦斯含量高且有突出危险,煤的 自然发火期 2.5 个月,属Ⅰ级自燃发火矿井。 8 煤厚 7～13 m,两极厚 1.7～28.07 m,平均 厚 9.98 m,属稳定煤层。 顶板伪顶为深灰色泥岩, 厚 0.5～1.2 m;直接顶为深灰色砂质泥岩,块状构 造,厚 3 ～ 5 m; 老 顶 为 中 粗 砂 岩, 性 硬, 厚 8～ 10 m。 底板直接底为深灰色泥岩,厚 1～1.2 m;老 底为灰色砂泥岩互层,中薄层状,性硬,厚 6～9 m。 1.2 开采技术条件 区段采取双岩巷布置;回采巷道沿底单巷布 置,距风巷 20 m左右沿顶布置一条高位瓦斯排放 巷。 工作面采用 ZF 2400/16/24B F 轻型综采放顶煤 支架支护,采高 1.9～2.2 m。 支架主要技术指标采高 1.6～2.4 m;架距 1.5 m;开 启 压 力 为 39 M Pa ; 工 作 阻 力 2132 ～ 2417 k N ;支护强度 0.46～0.52 M Pa ;初撑力 1720 ～1951 k N 。 煤壁侧煤机落煤,SG B - 630/220 型刮板输送 机运煤;采空侧用低位插板式放顶煤,SG B - 630/ 150C 或 SG B 630/220 型刮板输送机运煤。 2 矿压显现规律 2.1 工作面矿压显现规律 表 1 为 8413 - 2和 8415 轻放面矿压显现规律对 比,图 1、 2 分别为两个轻放面支架工作阻力与推进 度的关系。 两个轻放面在放煤前后支架前后柱阻力 变化情况见表 2。综合图表所示,其矿压规律主要 为 1 预采和不采顶分层的放顶煤开采均存在 初次来压和周期来压现象,且步距基本相当,但与 分层炮采相比有所增加。 2 放顶煤开采的矿压显现以 “静压” 为主,来 压时增载不明显,主要因放顶煤采面 “支架- 围岩” 的关系为 “基本顶- 直接顶- 顶煤- 支架- 底板” 收 稿日 期2003- 10- 06 作 者简 介U赵奇1947,男,高级 工程师 ,大 学本 科,现 任淮 北矿 业集 团有 限责 任 公司 副总 经理 , 一 直从 事煤 矿生 产技 术管 理工 作,曾 获省科 技进 步奖,发表 论文 多篇。 15矿山 压力与 顶板管 理 2004.№ 1 图 1 8413- 2面支架阻力变化图 图 2 8415 面支架阻力变化图 表 1 预采顶分层与一次采全高轻放面矿山压力显现比较 工作面 初次来 压 步 距/m 增载 系数 周 期来压 步距 /m 增载系 数 平 均初撑 力 /k N 工作 阻力 /k N 8413- 226～ 281.227～81}.08～1.2013321438 841526～ 281.378r～101}.11～1.2811181305 表 2 支架立柱阻力变化情况表 测 站 前柱阻 力/k N 放煤前 放 煤后 后柱阻 力/k N 放煤前 放 煤后 上测 站720720740730Z 中测 站740740750738Z 下测 站770770790772Z 间的关系,破碎的顶煤垫层吸收了部分顶压,缓解 了顶板压力。 3 整层开采其顶板压力小于预采顶分层工 作面。一是不采顶分层其顶煤厚度大,破碎的顶煤 更易吸收顶板的压力;二是预采顶分层,瓦斯释放 后煤体更加密实,可更好地传递上方垮落带内的岩 层压力。 4 放煤过程中及放煤后,支架前柱增阻处于 受压状态,而后柱则往往降阻,处于受拉状态,主要 是由于放煤后顶煤垮落角大于 90 、 支架上方载荷 中心前移造成的。 2.2 顶煤及顶板运移规律 通过对 8413 - 2和 8415 面顶煤的深基点观测, 发现轻放开采的顶煤运移规律基本相同。 顶煤在距 面前 25～30 m 处开始 位移,始动点 离工作面 较 远;当距煤壁 6～8 m 时,顶煤运移迅速增加,顶煤 发生宏观破裂,顶煤开始形成松动破裂区,在顶板 压力和采空区方向失去约束的条件下,顶煤进一步 破碎,在控顶区距煤壁 2.0 m以外,顶煤进入完全 破坏,成为可放出的破碎煤块。顶煤的放出体形态 符合散体介质流模型。顶煤运移规律见图 3。 2.3 工作面的顶板破碎度与煤壁片帮 图 4 为工作面顶板破碎度与推进度间的关系, 推 进 速 度 快 时, 顶 板 破 碎 度 较 低, 当 推 进 度 为 2.4 m/d 时,顶板破碎 度为推进 度 1.2 m/d时 的 65.5 。 由于煤层极软,顶煤极碎,工作面顶板的平 25 2004.№ 1 矿山 压力与 顶板 管理 图 3 8413- 2面顶煤位移与工作面距离的关系 图 4 工作面顶板破碎度与推进度的关系 均破碎度为 16.77 ,其中检修班为 6.35 ,生产 班为 27.19 ,即破碎度与生产工序有关。 观测表明,煤壁片帮深和长与工作面推进度密 切相关。推进速度快,煤壁片帮浅、 长度短,煤壁的 片帮、 漏顶与工作面超前管理、 架间封闭及周期来 压关系很大。 2.4 两巷矿压显现规律 放顶煤开采与分层开采相比,超前压力影响范 围大,而应力集中程度较低,且随着放顶煤开采厚 度的加大,此影响范围也加大;一次采全高和预采 顶分层的放顶煤开采,其巷道变形量相近;巷道变 形量与其支护型式密切相关,观测表明 29U 型钢 支护的巷道变形量最小。 3 开采的关键性技术 极软、 特厚煤层的放顶煤开采,其关键技术一 是如何控制支架端面及架间漏顶;二是防止设备的 下滑和支架倒架。 3.1 端面漏冒顶的控制 1 支架采用刚性整体顶梁,顶梁、 尾梁均安 装有长活动侧护板,顶梁前端设内伸缩梁,对采煤 机过后新暴露顶煤及时封闭,实现对顶煤的全封 闭。 2 严格控制煤帮采高,保持在 1.9～2.1 m 之间。 3 及时 “带压” 移架,保持支架具有良好的位 态,及时支护新暴露顶煤,并尽可能地减少反复支 撑对顶煤的破坏。 4 架前片帮、 漏顶严重地段,须在超前架设 走向木棚,木梁一端支设在支架上,另端支设在贴 帮单体柱上。 3.2 设备下滑和支架咬架的控制 1 工作面按伪斜 5 布置,根据设备滑动情况 及时调整采面回采方向。 2 从采放工艺上,坚持三个 “由下往上” 的作 业制度。即由下往上单向割煤;由下往上的顺序擦 顶带压移架;由下往上顺序推溜。 3 工作面倾角较大时,应利用支架顶梁和底 座后部的防倒防滑千斤顶,效果很好。 4 采用单体液压支柱辅助支撑,进行调架和 扶架,带压擦顶移架。 5 强化管理,规范操作,严格执行操作规程, 正确使用侧推和防倒装置,确保支架工作状态良 好。 参考文献 [ 1] 淮 北 矿业 集团 有 限责 任 公司 ,中国 矿 业 大学 北 京 校 区. 极 软 特 厚、 易 燃、 高 瓦 斯 煤 层 高 产 高 效 轻 放 开 采 技 术 研 究 [R ].2001,10. [2] 徐永圻 .采 矿学 [M ].徐州 中 国矿 业大学 出版 社,2003. [3] 杜 长胜 .极软 特厚 煤层 放顶 煤矿 压显 现 规律 [J].矿山 压 力与 顶 板管理 ,2001,17134- 36. 35矿山 压力与 顶板管 理 2004.№ 1