密集村庄下条带工作面矿压显现规律研究.pdf

S e r i a l N o ． 4 6 1 S e p t e m b e r ． 2 0 0 7 矿业快报 E XP R E S S I NF ORMAT I ON O F MI N I N G I N DUs 豫 Y 总 第 4 6 1 期 2 0 0 7 年 9月第 9期 密集村庄下条带工作面矿压显现规律研究 刘兆平温兴林 山东科技大学 摘要 通过对葛亭煤矿密集村庄下 1 1 6 0 1 条带工作面从初采到开采完毕期间的矿压观测， 结 合工作面各种矿压显现特征， 确定了工作面初次来压步距和周期来压步距， 掌握条带工作面的项板 运动规律及矿压显现规律 ， 为今后类似条带工作面的顶板和顺槽支护技术提供 了科学依据。 关键词 密集村庄； 条带工作 面； 矿压观测 ； 顶板支护 中图分类号 T D 8 2 3 ． 8 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 ． 5 6 8 3 2 0 0 7 0 9 - 0 0 4 6 - 0 4 1 工作面概述 1 1 6 0 1 条带工作面是葛亭煤矿 1 1 6 0采区第一 个工作面 ， 位于工业广场以西 1 6 0 0 m、 钱海村及钱海 小学之间， 东西向村镇公路以南 1 5 01 2 0 0 m。该区 域地面多为村庄建筑 ， 地面标高 3 8 ． 3 m。在该 面 进行矿压观测 ， 主要目的是获得老顶初次来压步距、 周期来压步距等主要参数 ， 确定合理的支护范围， 为 工作面顶板管理提供依据。 1 1 6 0 1 条带工作 面顶底 板的基本特征为 老顶 厚度 1 1 ． 3 m左右， 泥岩， 灰黑色， 贝壳状断 口； 直接 顶厚度 5 ． 3 m左右， 褐灰 一灰色 ， 下部深灰色， 参差 状断口， 裂隙发育被方解石充填 ， 含动物碎屑化石 ； 直接底 厚度 3 ． 4 m， 泥岩 ， 浅灰色 ， 参差状断 口， 夹 少量粉砂岩及大量植物根化石 ； 老底厚度 3 ． 9 m， 细 砂岩， 灰 一深灰色， 以石英为 主， 长石次之 ， 泥质胶 结 ， 具波状层理。 1 1 6 0 1工作 面的基本特征 为 走 向长度 9 9 7 m， 工作面长度 3 5 m； 整体为一向斜构造 ， 走 向近南北至 南东 ， 倾 向东至北东 ， 倾角 0 。 一2 0 。 ， 平均 1 3 ． 5 。 ； 工 作 面内断层多 ， 被分割成多个块段 ， 给工作面回采带 来较大影响。 2 矿压观测 2 ． 1 矿压观测的手段 ①采用 K Y 一 8 2型矿用动态仪监测顶板下沉速 度； ②采用卷尺测量仪表间距和支架活柱缩量； ③利 用测枪或测杆测量巷道收敛变形； ④工作面超前单 体液压支柱荷载用单体支柱测压计观测； ⑤人工观 测回采工作面内顶板冒落、 顶板响声、 顶板破碎度、 市。 4 6 刘兆平 1 9 8 4一 ， 男 ， 汉族 ， 山东潍 坊人 ，2 6 6 5 1 0山东省 青 岛 煤壁片帮程度、 支柱支设状况等宏观现象及其它观 测。 2 ． 2 现场观测方案设计 为获得顶板运动的矿压显现量 ， 需要分别在工 作面内及两侧巷道内设置两个测区。 2 ． 2 ． 1 工作 面测区 工作面内布置 5条观测线 ， 一般在工作面上、 下 端头各去除 3 m后布置两条测线， 工作 面中间位置 布置一条测线 ， 3条测线的中间布置两条测线 ， 即在 3 、 1 2 、 2 0 、 2 9 m 和 3 7 m各布置一条测线 。每个测线 设两个测点， 两个测点要间隔布置， 每个测点配备一 台阀控式单体柱压力连续监测记录仪， 连续 自 动记 录。 2 ． 2 ． 2 巷道测区 分巷道移动测站和固定测站两部分。 1 移动测站布置在超前顺槽约 2 0 m范围内， 见图 1 ， 按一定的距离布设位移传感器 K Y - 8 2型顶 板动态测量仪 ， 用来量测顶底板相对移近量。对 巷道移动测站 ， 应坚持三班连续观测 ， 一般每隔 2 h 取一次读数 ， 同时记录传感器与煤壁之间的距离。 图 1 巷道移动观测 区 2 巷道固定测点。根据 1 1 6 0 1 条带工作面的 具体情况， 轨道巷及皮带巷分别在距切眼位置 1 0 0 、 1 2 0 m处设立 2 个观测站， 一个观测站中设 3个观测 断面， 用于观测工作 面推进过程 中超前支撑压力 的 影响范围及巷道变形规律。 3 矿压观测结果与分析 维普资讯 刘兆平温兴林 密集村庄下条带工作面矿压显现规律研究 2 0 0 7 年 9月第9期 3 ． 1 巷道测区矿压观测成果分析 根据葛亭煤矿 1 1 6 0 1条 带工作 面采矿 地质条 件 ， 结合以往工作经验， 确定固定点分别为 4 、 8 、 1 2 m 和1 6 m点。经过对观测资料进行整理， 分别绘制了 轨道巷及皮带巷工作面推进距离与巷道顶板下沉速 度关系曲线图 见图 2～图 7 ， 由这些图可以看 出 以下规律。 2 ＼ 昌 l丘 丑 l_ 2 ＼ 吕 ＼ l上 瞽 鲁 H 一 ／ f ＼ ／ 、 『 ． V ＼ } 端 0 5 1 O 1 5 2 O 2 5 3 O 3 5 4O 4 5 5 O 一 4 m皮顺 - ． - 1 2 m皮顺 工作面推进距 离 ／ m 一 8 m皮顺一 1 6 m皮顺 图 2 1 1 6 0 1 皮带巷 0 5 0 m 观测成果图 f I t 专 3 羹 _上 2 图 3 1 1 6 0 1 皮带巷 5 O～l O O m 观测成果图 ／ ＼ 。 』 f 一 一 ． 一 B m皮顺一 1 6 m皮顺 图 4 1 1 6 0 1皮带巷 I OO ～1 3 0 m 观测成果 图 i4E三三三三 3 1} 、 一 蓝 一 O 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 一 一 4 m轨顺 一1 2 m轨顺 工作面推进距离 ／ m 1 9 ． 8 m。从 图 2中 可 以看 出， 当 工 作 面 推 进 到 l 9 ． 5～ 2 0 ． 2 m时， 顶底板移近速度有一个小峰值， 标 志此时工作面直接顶跨落。 ． 一 T n 『． I 黼 烈 瘊 鬻 徽 冒 暑 l止 鳖 鲁 一 8 m轨顺一 1 6 m轨顺 图6 4 3 0 6轨道巷 5 O～l OOm 观测成果图 I ＼ 一 ＼ ＼ 育 『 ＼ ． 图 7 4 3 0 6轨道巷 5 O～l OO m 观测成果图 2 工作面初次来压。2 0 0 7年 1月 7日中午 l 3 时， 皮带巷煤壁前方 4 m点、 8 m点顶、 底移近速度 出 现大幅度上升， 先是 4 m点 ， 最大达 3 ． 2 m m ／ h ， 随后 8 m点， 移动量达 2 ． 1 m m ／ h ， 随后 1 2 m点也略有上 升， 但上升量 比较少 ， 到 7日1 8时达到峰值。而 8 m 点 此时工作面掘进距离为 4 1 ． 1 O re 随后移动速度 降低 ， 到 8号早班结束 ， 这说明此时老顶断裂， 断裂 位置约在工作面前方 48 m。到 7日夜班 ， 轨道巷 煤壁前方顶底板移动速度也出现大 幅度上升。4 m 点最大达到 3 ． 2 7 m m ／ h ， 8 m点最大达到2 ． 1 2 m m／ h 。 在工作面推进至 4 0 ． O m时达峰值 ， 又下降后再 次达 峰值 ， 说明在中间下降点处老顶断裂， 此时工作面推 进距为 4 1 ． 2 m， 即初次来压步距为4 1 ． 2 m， 来压持续 时间 1 ～ 2 d 。 3 工作面第一次周期来压。初次来压以后， 顶板活动又趋于平稳， 当 1 月 2 3日中班 6时， 轨道 巷4 m点、 8 m点顶底板移动速度开始增大， 并在早 班结束时达到峰值， 分别为 2 ． 6 0 、 1 ． 6 0 m m ／ h ， 皮带 巷 4 m 、 8 m点也几乎同时达到峰值， 说明此刻老顶开 始断裂 ， 此时轨道巷工作面推进距离为 5 7 ． 2 5 m， 皮 带巷工作面推进到 5 6 ． 8 0 m， 然后顶板下沉速度开始 回落， 工作面矿压同样在老顶断裂约 3 ～ 5 h 来压， 来 压与初次来压时显现情况基本相同， 只是来压 的强 4 7 维普资讯 总第 4 6 1 期 矿业快报 2 0 0 7年 9月第 9期 度略小于初次来压。 4 工作面周期来压步距 。根据所绘制的工作 面推进曲线与顶板下沉速度关系曲线 图上可知 ， 轨 道巷和皮带巷分别获得 1 个初次来压和 5个周期来 压， 轨道巷、 皮带巷周期来压步距汇总情况 工作面 推进至 1 3 0 m 见表 1 。 表 1 轨道巷、 皮带巷初次来压与周期来压步距汇总表 周期来压次数 1 2 3 4 5 平均 垫推 勰m 4 l _ l 57 ．2 5 6 8 ． 90 8 6 ． 10 103 ．O 0 1 19 ．O 0 暮 来 压步 m 1 6 ． 1 5 l 1 ． 6 5 1 7 ． 2 0 1 6 ． 9 0 1 6 ． O 0 1 5 ． 5 8 謇推 勰 巷 来压步距／ m 4 1 ． 2 5 6． 8 0 7 0 ． 9 0 8 7 ． 2 5 1 0 3． O 0 1 1 8． O 0 1 7． 4 0 1 4． 1 0 1 6 ． 3 5 1 5． 7 5 1 5 ． O 0 1 5． 7 2 1 6 ． 7 8 1 2 ． 8 7 1 6 ． 7 7 1 6 ． 3 3 1 5 ． 5 0 1 5 ． 6 5 平均 由表 1 可以看出 轨道巷和皮带巷矿压显现规 律基本上是一致的， 但是 ， 从其移动速度峰值来看轨 道巷前 1 3 0 m范围内其移动速度明显大于皮带巷， 这是由于轨道巷位于工作面的下部， 矿 山压力易于 集中。单体支柱载荷也说明了这一点 ， 在大部分时 间内， 轨道巷单体支柱载荷均大于皮带巷单体支柱 载荷。 工作面在推进至 1 3 0 m时 ， 轨道巷周期来 压最 小为 1 1 ． 6 5 m， 最大为 1 7 ． 2 m， 平均为 1 4 ． 4 3 m。皮带 巷最小为 1 4 ． 1 m， 最 大为 1 7 ． 4 m， 平均为 1 5 ． 7 5 m。 一 般来说 ， 工作面上部来压比下部要早 ， 如初次来压 早 0 ． 4 m， 但来压强度 明显小于轨道巷。 初次来压 c 0为 4 1 ． 2 m， 周期 来 压步 距 C为 1 5 ． 6 5 m， 初次来压步距为 C ／ C o 0 ． 3 7 9 。 3 ． 2 工作面测区矿压观测成果分析 按照 矿压 观 测 计 划， 工 作 面 测 区主 要 包 括 1 1 6 0 1工作 面 支柱 活柱缩量。通过 观测 ， 得 到 了 1 1 6 0 1 工作面支柱受力的以下特点。 1 工作阻力频率分布见表 2， 工作阻力频率分 布直方图见图 8 。 表2 支柱工作阻力频率分布情况 5 ～1 0 1 01 5 1 5～2 0 2 0～2 5 2 5～3 0 3 0-3 5≥ 3 5 次数 6 1 2 3 0 2 8 4 1 4 6 3 9 1 6 7 塑皇 箜 兰 支柱工作阻力在 1 0～1 5 MP a的 占2 9 ． 3 7 ％， 在 1 5～2 O MP a 的 占 3 6 ．2 7 ％ ， 2 O ～2 5 M P a 的 占 1 8 ． 6 5 ％， 平均工作 阻为 1 6 ． 5 6 M P a ， 是额定工作阻力 的9 2 ％ ， 显然， 支柱工作面阻力发挥 良好。当然 ， 在 工作面回采过程中， 极个别支柱出现压折现象， 工作 阻力超过 4 0 MP a ， 主要是由于支柱质量问题和支柱 48 初撑力低、 支护质量差及安全阀不开启等原因造成 的。随着支护质量的加强管理 ， 这些问题可以在很 大程度上得到改善。 5～ 1 0 1 5～ 2 O 2 5～ 3 O 3 5 1 0～ 1 5 2 O～ 2 5 3 O～ 3 5 图 8 为工作阻力频率分布直方图 2 支柱工作阻力在工作 面推进方 向上的变 化。工作面支柱 阻力在推进过程中整体上 比较平 稳 ， 只是在工作面回采初期阻力整体较小， 主要原因 是 回采初期顶板下沉量很少 ， 加上支柱初撑力低造 成的。同时， 当工作面平均推进到大约 1 9 ． 8 、 4 1 ． 2 、 5 7 ． 0 、 6 9 ． 9 、 8 6 ． 7 、 1 0 3 ． 0 、 1 1 8 ． 5 m 时， 支柱工作阻力 分别出现 了一次相 对峰值 ， 支柱 平均阻力 分别 为 2 1 ． 6 、 2 9 、 2 1 、 2 3 ． 7 、 2 2 ． 9 、 2 1 ． 3 、 2 0 ． 2 MP a ， 分别是支 柱额定工作 阻力 1 8 MP a的 1 ． 2 、 1 ． 6 、 1 ． 1 7 、 1 ． 3 1 、 1 ． 2 7 、 1 ． 1 8 、 1 ． 1 2倍 ， 经分析 ， 这几次压力峰值分别 对应直接顶垮落 、 老顶初压和周期来压 。 直接顶初垮、 老顶初压和周期来压期间支架阻 力有所增加 ， 幅度很大 ， 说明老顶来压较明显 ， 来压 时动载系数较大， 变化范围为 1 ． 2 5 ～ 1 ． 4 0 。 该观测结果与动态仪观测的结果基本一致。 3 支柱工作阻力在纵 向方向上 的变化情况。 表3为第一排、 第二排、 第三排支柱初次来压及周期 来压步距分布表。 从表 3可以看出， 工作面不 同位置其矿压显现 时刻及强度是不尽相同的。从 3排支柱的来压步距 分布上看， 最早来压一般均为位于工作面中部的第 二排支柱， 其次为第三排支柱， 最后才为第一排支 柱。如初次来压， 当工作面推进到4 0 m时， 第二排 支柱工作阻力即开始增加， 而到4 1 m时第_与第三 排支柱才开始来压。 工作面纵向方向上一般存在以下规律 工作面 中部首先来压， 来压强度较大， 随后工作面上部开始 来压， 最后为工作面下部来压， 来压强度大大减少。 这主要为工作面中部悬顶面积大 ， 四周无支撑 ， 而工 作面两边支柱外围有实体煤支撑 ， 矿压显现强度较 少 。 维普资讯 刘兆平 温兴林 密集村庄下条带工作面矿压显现规律研究 2 0 0 7 年9月第9 期 表 3 各支架初次来压与周期来压步距汇总表 第三棵 l 8 l O l 9 l 7 l 4 1 5 ． 6 平均4 0 ． 3 1 4 1 3 ． 3 2 0 1 4 ． 3 1 5 ． 7 1 5 ． 5 4 结论 通过本次矿压观测， 对采用的支柱支护强度进 行了评价， 为 1 6 煤层以后的开采工作面支架选型和 设计、 确定工作面合理的超前支护距离、 动压条件下 巷道支护方法 、 合理支护参数和顶板管理提供了理 论基础。但值得注意的是， 工作面支柱初撑力特别 是在初次来压以前普遍偏低， 建议采取 ①加强及管 理维修， 及时处理支柱、 管路窜漏液， 确保泵站压力 正常； ②确保支柱工作阻力， 减少顶板下沉， 防止顶 板 冒落。 参考文献 [ 1 ] 钱鸣高， 刘昕成． 矿山压力及其控制[ M] ．北京 煤炭工业出 版 社 。 1 9 9 1 ． [ 2 ] 蒋金泉． 采场围岩应力与运动[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 3． [ 3 ] 贾 喜荣． 矿山岩层力学[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 8 ． 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 6 -06 信息平台 莱州发现储量 5 1 ． 8 3 t 特大金矿 从山东省地矿局获悉， 山东地质六 队近 日在焦 家黄金成矿带深部发现又一特大型金矿莱州寺 庄金矿 ， 探 明储 量5 1 ． 8 3 t ， 潜 在价值近 8 O多亿 元。 这一特大型矿床的发现， 是在大成矿带深部及矿区 外围找矿的一个成功范例 ， 是胶东黄金找矿向深部 发展取得的重大突破 。 据介绍， 该矿床位于莱州市寺庄镇境内， 矿体隐 伏在海拔 ⋯ 3 2 1 9 2 6 m， 平均金品位4 ． 4 5 g ／ t ， 矿体 平均厚度 4 ． 8 7 m。山东地质六 队 自2 0 0 5年 2月开 始详查， 综合运用遥感、 物化探、 信息技术等多种手 段联合攻关 ， 历时两年半才最终发现这一金矿。 胶东是我 国最大的黄金资源基地 。据省地矿局 专家预测， 该地区三大成矿带蕴藏3 4 0 0 余吨的金矿 潜在资源 ， 在国内独一无二 ， 也为世界罕见。省地矿 局先后在该地区共探 明玲珑 、 焦家等特大型金矿 7 处， 大 中小 型金 矿上 百处 ， 累计探 明黄金储 量约 1 O 0 0 t 。以往找矿主要限于海拔 一 5 0 0 m以浅 ， 深部 工作程度低， 海拔 ⋯ 5 0 0 1 5 0 0 m空间尚有2 0 0 0 多吨黄金储量 尚待探明 ， 找矿潜力巨大。 上接第4 5页 4 结论 1 由于煤层倾角大， 因而急倾斜炮采工作面 单体支柱阻力低， 支柱稳定性低。 2 急倾斜炮采工作面沿走向压力分布特点 是 从首排支柱开始， 载荷逐渐增大， 末排支柱载荷 最大。 3 经理论推导 ， 老顶周期来压步距相 当于初 次来压步距的1 ／ 2 ． 4 5 ， 与实际观测较为符合。 4 工作面煤壁前方有大于原岩应力的超前应 力集中区， 且越靠近上顺槽， 该集中应力就越大。 参考文献 [ 1 ] 瞿光金． 矿压显现的软围岩井下测量标志点设置方法[ J ] ． 矿 山测量 ， 2 0 0 3 0 1 ． [ 2 ] 王继良． 中国矿山支护技术大全[ M] ． 南京 江苏科学技术出 版社 。 1 9 9 5 9 1 4～9 2 7 ． 收稿 日期 2 0 0 7 -05 -0 6 49 维普资讯