塔山矿综放开采矿压显现规律探析.pdf

实验研究与探讨 塔山矿综放开采矿压显现规律探析 勾永全 大同煤矿集团公司塔山矿技术部, 山西 大同 037003 摘 要 针对塔山煤矿特厚煤层开采的实际情况, 选择了支架压力观测、 煤壁片帮、 巷道矿山压力、 顶板破碎程度、 钻孔电视、 微地震监测技术 等多种矿山压力观测方法进行综合分析研究, 得出了基本的矿山压力显现规律, 有效指导了本矿安全生产。 关键词 综放开采 矿压显现 规律 中图分类号 TD823 . 254 ; TD823 . 49 文献标识码 A 1 工程概况 塔山煤矿是大同煤矿集团公司第一个开采石炭系 特厚煤层的矿井, 现开采石炭系 3 5号合并层, 可采 厚度为 12 . 63 29. 21m, 平均 18. 44m, 煤层含有 6 11 层夹石, 最大厚度达 0. 6m, 倾角 1 3b , 属较稳定型煤 层, 该煤层上部由于煌斑岩侵入的穿插破坏, 煤层受热 变质或硅化, 结构疏松易碎, 煤层顶板为泥岩、 砂质泥 岩、 煤、 高岭岩、 细砂岩、 中砂岩、 粗砂岩的互层, 分层厚 度一般为 0. 1 410m, 且厚度较大的分层中间都夹有 泥岩或煤的软弱夹层, 该类型顶板为不稳定顶板。 首采 8102工作面走向长 1650m, 倾向长 230. 5m, 面积 352964. 7m 2, 工业储量 724. 7万 t ; 采用单一走向 长壁后退式综合机械化低位放顶煤采煤法。 首采 8102工作面巷道布置如图 1所示。 2 矿压观测内容 塔山矿主采的石炭系 3- 5号煤层为典型的合并 * 收稿日期 2009- 04- 11 作者简介 勾永全 1974- , 男, 山西大同人, 助理工程师, 毕业于 太原理工大学采矿工程专业, 现在同煤集团公司塔山矿生产技术部 从事技术工作。 煤层, 煤层厚度大、 结构复杂、 顶板岩性变化大、 首次采 用放顶煤开采, 对围岩的运动规律、 矿压显现、 顶板控 制等无经验可借鉴。分析研究特厚煤层综放开采的矿 压显现规律, 制定有针对性的顶板控制措施, 成为放顶 煤开采技术在大同石炭系特厚煤层开采中成功应用的 关键。为此进行了如下内容的观测 图 1 首采综放面巷道布置图 工作面支架工作阻力。 综采放顶煤工作面采用大吨位的 ZF10000 /25/38 低位放顶煤液压支架, 额定工作阻力为 10000kN。液 压支架工作阻力采用 ZYDC- 1型矿用数字综采支架 压力监测系统连续监测。该系统可对支架工况、 顶板 压力进行监测, 对支架受力进行分析, 自动绘出曲线 及报表。工作面共设 14个测点, 分别安装在 5, 10, 中最常见的陷落和中断现象。根据这个图表和电压公 差曲线, 便可评估监测区域内的设备每年发生故障的 次数。因此, 用户可以预测电压事故的危害区域。 2 . 3 电能质量指标 在评估电能参数水平的过程中, 许多电能质量指 标也得到了发展。电能质量指标可以量化复杂的电能 质量问题并使用户能更容易了解电能质量水平。因 此, 电能质量指标常作为电力消费者和供应商之间签 订契约时参考的标尺。典型的电能质量指标是 SARFI 系统平均 RM S异变频率指数 , 用以描述由用户引起 的平均 RM S异变事件次数, 此种异变事件是指那些低 于允许暂降值或高于允许暂升值的事件。 2 . 4 事故鉴定 事故鉴定功能有三个方面 事故位置鉴定、 事故原 因鉴定和处理意见, 事件位置鉴别是指寻找事故源的位置, 这对解决 电能质量问题是非常重要的, 因为此功能使迅速转移 故障并找出合适的补偿措施成为可能。 PQ 诊断系统 利用存储在数据库中事故趋势数据和从系统图获得的 系统配置数据来鉴定事故位置。距系统位置越近的 PQM S点, 其事故位置鉴定越精确。 鉴定事故源也是很有用的, 因为这项功能给出了 提高电能质量的方法。电能质量诊断系统的模型中, 可鉴定电压 RM S和谐波失真两种事故。首先, 在识别 电压有效值事故时, PQ诊断系统通过平滑窗从电压原 始波形数据不断计算 RMS 值, 然后评估 RMS的偏差 值以区别故障类型。 123 2010年第 3期 21, 32,43 , 54, 64, 73, 82,93, 104, 115, 126 , 131号支 架。支架压力监测系统如图 2所示。 图 2 支架压力监测系统示意图 煤壁片帮及端面破碎度。 煤壁片帮观测与支架工作阻力测线相对应, 分别 观测支架前方煤壁的片帮与顶板破碎情况。采用超声 波测距仪或钢卷尺测量, 每天测一次数据, 来压期间 每个班量测一次, 将量测的数据输入计算机, 并进行 客观描述和分析。 巷道矿压。 回采巷道内采用动态监测仪和钢卷尺观测支架压 缩量和顶板活动状况。在两巷内布置顶板动态监测仪 和钻孔应力计, 观测巷道顶板位移、 覆岩内应力场 低 应力区 、 塑性变形区、 外应力场 高应力区 影响范围 及发展规律。 顶板及顶煤破裂情况。 采用微地震观测技术, 观测顶板岩石及煤层破坏 情况, 在 8102 工作面运输巷距工作面开切眼 100、 150、 200和 250m处设 4个监测钻孔。每个钻孔内安 装 4个三分量微地震信号接收传感器。在距工作面 250m处设数据接收处理总站, 用来实时监测煤层及顶 板岩石的破裂、 破坏和垮落。 顶板岩层垮落状态及运移规律。 根据塔山矿首采面相对地面位置、 预测的顶板运 移情况及微地震仪传感器布置情况综合考虑, 布置 2 个地面观测钻孔, 采用数字全景钻孔摄像成图系统对 塔山矿 8102工作面进行地面钻孔观测。 3 矿压显现规律 通过现场观测与分析得出了塔山煤矿石炭系特厚 煤层放顶煤开采首采面矿压显现的规律。 1 8102工作面初采推进到 11m左右时, 古塘 50 60架位置开始垮落, 初次垮落高度为 2. 0m左右; 随 着工作面的推进, 顶煤的垮落范围逐渐扩展到 45 67 架, 垮落高度为 5 6m; 工作面推进到平均 15m时, 顶 煤的垮落范围扩展到 32 82架, 垮落高度估计达到 10m左右; 当工作面平均推到 21175m时, 顶煤基本全 部垮落。工作面顶板初次来压距离为 34 36m, 周期 来压步距工作面正常推进时为 16 18m; 推进不正常、 速度缓慢时, 周期来压步距缩短, 为 10 14m。由于工 作面倾斜长度大, 顶煤厚度大, 因此每次来压时工作面 压力较大, 达到 10000 kN以上, 中部压力显现比较明 显。 通过分析顶煤的初次垮落步距为 12m; 直接顶初 次垮落为 35m; 老顶初次折断距离为 50m。 8102工作 面来压对工作面的明显影响主要是机道裂开、 漏顶, 支 架被压死, 支柱损坏共计 98根。 2钻孔电视观测的初步分析结果 钻孔超前工 作面煤壁 21 . 5m时, 顶板上方 4 9m开始产生竖向裂 隙, 表明在超前压力作用下, 顶板开始破坏; 超前 15m 时, 顶板上方 30m内产生水平和竖向裂隙, 并发现钻孔 有进风现象, 说明裂隙发展增大, 与工作面采空区沟 通; 超前 5m时, 顶板产生水平错动, 高度达到 45m左 右; 接近工作面位置时, 顶板产生离层错动, 且有折断 现象。 当工作面推过钻孔 127m后在顶板上方 210m和 209m之间仍存在约 0. 7m的空洞, 开采至 203m时, 在 顶板上方 274m处空洞减小为 0. 1m, 212m后消失。 3工作面来压时基本上是中部先来压 , 然后向 两边扩展; 如果头尾不平行推进 , 则靠超前一侧的中 部先来压 , 后向两边扩展 , 显现出分段来压的特点。 工作面中部压力较大 , 有时出现连续的来压现象 , 工 作面上下端头两个区域来压显现不明显 , 与工作面周 边为实煤区有很大关系。 4来压时煤壁片帮较大, 造成支架端面距增加, 控顶距增大, 机道顶煤形成破碎漏冒区, 使支架接顶 状况差, 不能充分发挥支架初撑力对顶板的支护作 用, 是造成工作面顶板出现台阶下沉、 压死支架的一 个主要原因。 为了改变工作面顶板的应力状况, 使工作面上 覆顶板岩层及早形成平衡结构, 减小工作面的来压强 度。开采过程中在第 30- 40号架、 85- 95号架不放煤 留条带, 增加了采空区的垫层。但由于工作面顶煤已 相当破碎, 在支架推进过程即使不放煤, 顶煤也会自 然进入后部输送机运出, 据观测, 垫层的留设不改变 顶板的来压状态。 4 结语 通过矿山压力观测与分析, 总结了矿压显现规律, 得出了科学的基础数据, 为后续综放开采工作提供了 可靠的依据, 有效的指导了综放开采实践工作, 取得了 很好的技术经济效益。 124 2010年第 3期