回采工作面的矿压和顶板管理.pdf

第 2 2卷第 2期 2 0 0 3年 2月 煤炭技术 Co a l Te c hn ol o uv V0 】 ． 2 2． N0 2 Fe b． ．2 0 03 回 采 工 作 面 的矿 压 和 顶 板 管 理 周 冰 ，王 守安2 1 ． 七 台河精煤 集 团公 司 安 全监察 局 ，黑 龙 江 七 台河 1 5 4 6 0 0 ；2 ． 七 台河精 煤 集 团公 司 向阳三 矿 ，黑龙 江 七 台河 1 5 4 6 0 0 摘要 本 文从 工作 面 顶板 岩层 的 性质 、 回采 工作 面矿 山压力 主 要 显 现 、 回采 工 作 面 围 岩 的受 力 特 征 、 影 响 支 承压 力 的因 素和 回采 工作 面 围岩 的运 动特 征 等五 个方 面介绍 了矿 山压力 的特征 和 规律 及处 理方 法 。 关键 词 顶 板 管理 ；工 作 面 ；矿 压 ． 中图分 类号 TD 3 2 7 ． 2 文献标 识 码 A 文 章编号 1 0 0 88 7 2 5 2 0 0 3 0 20 0 4 50 3 0 前 言 一 般情况下 ，当煤层被开 采后 ，原有 的状态受 到破坏 ，引起 了岩体 内应力 的重新分布 ，在重新分 布过程 中 ，围岩要 产生运动 ，而导致 围岩及其支护 物发生变形 ，破 坏甚至跨落 ，所 以上 覆岩层在运动 过程 中对 支 架 围岩 所 产 生 的作 用 力 ，称 为 矿 山压 力 。 要想安全 和合理地进行采 矿工作 ，就必须控制 矿 山压力 ，掌握 矿 山压力 的特性 和运动规律 ，下面 我们 就矿山压力的基本知识作 以阐述 。 1 工作 面 顶板 岩 层 的性质 根据 围岩与煤层的相对位 置及其特性 ，通常将 煤层 的顶 板分 以下几种 。 1 伪顶 是指直接位 于煤层之上和直接顶之 间 ，极易跨 落的较薄岩层 ，通 常是 由炭质页岩等软 弱岩石组 成 ，厚 度 常在 3 0 0～5 0 0 mm 以下 ，很 难 保 留在工作面空 间上方 。 2 直 接顶 是 指 位 于 伪顶 或 煤层 无 伪 顶 时之上一层或几层性 质相近的岩层 ，通常 由泥质 页岩 、砂质页 岩等 比较易垮落 的岩石组成 。 3 老 顶 是指 位 于 直 接 顶 或煤层 无 直接 顶之 上 的厚 而坚 硬 的 岩层 ，一 般 由砂 岩 、石 灰 岩 、砂砾岩等坚硬岩层 组成 ，常在采空 区上方维持 很大的悬露面 积 ，而 不随直接顶一起垮落。 4 直接底 是直 接位 于煤 层之 下的岩层 。直 接底 为坚硬岩石时 ， 则常造成支柱 陷入底板现象 ； 在 急倾斜 煤层 中 ， 直接底还可能 出现倾斜滑动 的现象 。 2 回采 工作 面 矿 山压 力 主 要显 现 1 顶板下沉 一般指煤壁到采空 区边缘裸露 的 顶底板的相对 移近 量。工作面空间上面顶板在其 自 重和上覆岩层重力 的作 用 下 ， 使顶 板产生 弯 曲下沉 及底 板鼓起 ， 由于在 缓斜及 倾 斜工作 面底 板鼓起 量 比较小 ， 因而常常忽略不计 。 2 顶板下沉速度 指单位时间 内形成下沉 的距 离 。 薄煤层 ， 更适合 于中厚煤层 ， 前进式采煤方法有十分 广阔的应用 前景 。只要 加 大现场 管理 力度 ， 保 证胶 泥 石墙 的施 工质量 ， 采用前进式采煤 一定能够成功 ， 该方法是缓解 采掘接续紧张 ， 降低掘进 率 ， 提高经济 效益的有效途 径。 Appl i c a t i o n o f a d v a nc e d m i ni ng i n t hi n s e a m LI AN Gu a n g s h u n． YUE Gu o l i a n g Qi t a i h e Mi n i n g I n d u s t r y G r o u p C o L t d ， Qi t a i h e 1 5 4 6 0 0 ， Ch i I Ab s t r a c t Th e e n t r y a r r a n g e me n t ， a c t u a l mi n i n g p r o c e s s a n d s i d e e n t r y s u p p o r t o f a d v a n c e d mi ning a t t h i n s e a m a r e i n t r o d u c e d． Th e s a f e me a s u r e s a r e ma d e a n d h a s m a d e g o o d e c o n o m i c b e n e f i t ． Ke y wo r d s a d v a n c ed mi ning ；s t o n e s t o r e h o u s e ；l e a v i n g e n t r y a l o ng g o b 收稿 日期 2 0 0 2一l 1 2 0 ； t J 订 日期 2 0 0 21 23 0 作者 简介 周 冰 1 9 7 0一 ， 男 ， 工 程 师 ， 七 台河 人 ， 1 9 9 3年 毕业于 原黑 龙江 矿业 学 院采矿 系 ， 现 在七 煤 集 团公 司安 全监 察局 从 事 技术 与 管理 工作 。 维普资讯 4 6 煤炭技术 第 2期 3 支柱 载荷 如柱 冒变形 ，活柱下缩 ，激烈 时可 以看到支 柱 变形 及 折损 ，此外 还有 顶板破 碎 、 局部 冒顶、工作面切顶 、煤 壁片帮 、支柱折损 、支 柱钻顶 、支 柱 插 入底 板 等一 系列 矿 山压 力 显 现现 象 。 3 回采 工作 面 围岩 的 受力特 征 没 有 开采 的 煤 层上 所 受 压力 为 上部 岩 层 的重 量 ，称 为原 岩压力 ，工作面 自开切眼向前 推进 ，顶 板悬露 面积 逐 渐增 大 ，当悬 露 面积 达 到 一 定程 度 时 ，直接顶 岩层 产生初次垮 落 ，但 老顶岩层 仍然保 持一定 的完整性 ，可视老顶 为一岩 梁 ，并 能将 自身 的重量及其上覆 岩层 的压力转嫁 到采空区两侧的煤 体上 ，使采空 区两侧煤体 的压力 升高 ，大于原始应 力 ；而采空 区及 回采工作面空 间压力降低 ，小于原 始应力 ；远离采 空区的煤体压力等 于原始应力 ，工 作面不 断地 向前 推进 ，直接顶 岩层不 断地 垮落 ，采 空 区的范 围不 断地 扩大 ，这时工作 面上方没 有垮落 的老顶岩层产 生弯 曲 、下沉 ，甚至折断 ，压 在已经 垮 落的岩石之上 ，这 时工作面上方 没有垮 落的老顶 岩层的重量 由工作 面前方的煤体及工作 面后方 已经 垮落的岩石来支撑 。 4 影 响支 承压 力 和 因素 1 围岩性质 如顶 板为砂岩 时，其支 承压力 的范围 比较大 ，支 承压力 分布 比较平缓 ，支 承压力 的最 大值距 煤壁较远 ，压力 集 中程度较低 ，反之松 软条件 下 的支 承 压力 分 布 范 围 小 ，支 承 压 力较 集 中 ，最 大支 承 压 力 点靠 近煤 壁 ，压力 集 中程度 较 高 。 2 煤 的性质 当开采煤层 的煤质较硬时 ，支 承压力分 布范 围较 小 ， 比较集 中，距 离煤 壁较近 。 煤质松 软时 支 承压 力 分 布 范 围较大 ，集 中程度 较 低 。最 大支 承压力点距离煤壁 也较远。 3 开采 深度 开采 的深度 愈大 。上部岩层的 压力愈 大 。支承压力 的集 中程度和影响范围增加 。 4 采 空处理方法 用 全部充填法进行采空区 处理 时的支 承 压力 明显 比采 用其 他 处 理 方式 小 得 多 。 5 采高 一次开采 的厚度愈 大 ，支 承压力 的 范围集 中程度也随之增加 。 此外 ，还有一些 因素如 开采后 留设 的煤柱 宽度 等 。 5 回采工作 面 围岩的运 动特征 工作 面从 开 切 眼 开始 推 进 ，直 接 顶 岩 层 垮 落 后 ，上面 的老顶岩层呈“ 双支架梁”状态 ，支撑 在 两侧 的煤体上并 在 自重和 上部 岩层重 力 的作 用下 ， 产生弯 曲下沉 ，最 后折 断 ，压 力 冲击 工作 面支 架 ， 初次来 压 。老顶折 断后 ， “ 双支 架梁 ”变成悬 臂 岩 梁 ，随着工作面 推进 ，在 自重和上部岩层重力作用 下 ，产生弯 曲、下沉 ，出现周而复始地折 断 ，冲击 工作面支架 ，称 为周期 来压 。 事实证 明 ，当工 作面顶板 由于管理不好而 引起 的局部 冒顶或在使用液 压支 架引起 的顶板或采空 区 向支 架 内大量 漏矸 ，其 结果 不仅 增加 了煤 的灰 分 。 而且必 然导致采空 区充填不 实 ，从 而对控制老顶或 裂 隙带不 利 ，反过来又影 响到回采 工作 面对顶板的 维 护 ，一般情况下 。冒落下 的矸石将 随时间的延 续 由松散 状态逐渐被压实 ，其 支撑力 也将 随之增高 。 6 影响 回采 工作 面矿 山压力 的主要 因素 影 响回采工作面矿 山压力 的因素是采 高、控 顶 距 、工作 面推进速度 、开采深度及煤层倾 角 ，现分 述 如下 1 采 空 和 控 顶距 由实 际 观 测 知 ，采 高 愈 小 ，顶板下 沉量 愈小 ，支 承压 力及 支架载 荷也 小 ， 因此就 比较稳定 ，采高愈大 。顶板下沉量愈 大 ，支 承压力及支 架载荷也大 。控顶距也如此 当控顶距 愈小时 ，顶板 下沉量也愈小 ，支承压力支架载荷也 小 ，所 以在满 足工作面所选作的设 备 、运料 、行人 与 通 风 需 要 前 提 下 。尽 量 减 少 控 顶 距 。 2 工作 面推进速度对矿山压力的影响 放炮 或采煤机割煤 破坏了煤壁的支撑点 。同时使控顶距 增加 ，支撑 压力 内移 。顶板下沉量急剧增加 ，刚裸 露的顶板又重 新 打上柱 。顶板 下沉量 又趋 于缓 和 ， 再者 。放顶 过 程实 质 上是 撤 除 采空 区一侧 的支 撑 力 。对 直接顶支撑力减小 ，顶板下沉量增 大 ，待 到 维普资讯 第 2期 周 冰等 回采工作 面的矿压和顶板 管理 4 7 直接顶 垮掉后 ，顶板 又趋于缓 和。 由此可见 ，所谓 落煤与放顶 的影 响实 质上是工作空 间 内支架与顶板 之间支 撑力 状 态 的变 化 。因此 ，加 快 工作 面 的进 度 ，缩小每一循 环的时间间 隔 ，在一定情况下肯定 会减少顶板下 沉量 ，改变工作 面的状 态 ，但与此 同 时 ，工 作面平 时的顶 板下沉速度就要增 大 。 3 开采深 度对 矿压的影响 开采 深度直接影 响岩层 的原始应力大小 ，但对工作 面顶 板下沉量影 响不突 出，可 随着采深 增加 ，煤壁 内的支撑压力加 大 ，导致煤壁 片帮 ，煤 的突然压 出、工 作面底鼓等 迫使支架载荷增 加。 4 煤层倾 角对 矿山压力 的影 响 煤层倾角对 矿山压 力影响很 明显 ，特别是 回采工作 面 ，甚 至可 能根本 改 变其 规 律 性 ，当煤 层 倾 角 大 到一 定 程 度 时 ，不仅顶板 冒落 ，而且 冒落 的矸石 不一定能在原 地 留住 ，很可 能沿着底 板滑移 ，底板也 产生滑移 。 7 采 空 区处 理 随着工作 面的不 断向前 推进 ，顶板悬 露面积不 断增大 ，为 了实现安 全生产 ，必须及 时处理 已暴露 的顶板 ，也减 少采 空区对工作面 的影 响 ，一般方 法 有 以下 几 种 1 全部垮 落法 全部垮落法 主要适用 于易垮 落的松软顶板 ，近两 年来 又发展到坚硬顶板 ，这种 方法是随工作 面向前推 进 ，有计 划地 回撤放顶线 以 外 的支柱 ，使 直接顶 自行 垮落 ，以减少 直接顶悬 露 面积 。它一般采用密集 支柱放顶 ，将放顶线上 的矸 石挡住 ，使其不致滚 人工作 面 内，适用 于 比较坚硬 顶板 的工作 面 。 2 局 部充填法 它适用于顶板坚硬 不易垮 落 的薄煤层 ，是用砌 矸石 的方式来支撑坚硬顶板 。充 填带 的宽度一般 4 --6 m，间距 8 --2 2 m，这种 采空 区处理方法机械 化程度 、劳动强度大 ，煤层厚 度较 大 时 处 理 困难 ，很 少 用 。 3 煤柱支撑法 它适用于煤层上部覆盖坚硬 的砂岩或石灰岩 。这 些岩层往往能在采空 区悬露 面 积大达数千万平方米 而不垮落 ，通常在工作面推 进 一 定距离后 留下适 当的煤柱来 支撑顶板 ，并 隔离采 空 区。而后再重新掘 开切眼进行 回采 ，这种方式 煤 炭损失大 ，掘进量大 ，工 作面搬家次数多 ，开采近 距离煤层时 ，顶板压力通 过采 空区煤柱传递到下面 煤层时 ，会给下层 回采工作 面造 成困难。 4 缓慢下沉法 适用于煤层上部韧性较大 的 岩层 ，具有一定裂 隙岩层 在采空 区呈弯曲下沉而不 会垮落 ，直到与底板接触 ，它一般 用 于厚 度小 于 1 m 的薄煤层 。 5 全部充填法 用一般充填 材料从 管道输送 到采空 区，充填材料 留在采 空区。 8 结束 语 以上是从理论和实际 的角度 出发对煤 矿 回采工 作面的矿山压力 显现规律 、影响矿 山压力 的因素做 了 比较深入的论述 ，同时也介绍 了几 种 目前 比较适 用的采空区处理方法 ，希望煤炭行业 的各 位同仁根 据 自己的实际情 况 ，制定 出适合本单位 的顶板 管理 方法 ，以保证安 全生产 ，避免重大事故发生 。 Th e pr e s s u r e a nd r o o f m a na g e m e nt a t a c t u a l m i ni ng f a c e ， ZHOU Bi ng ， W ANG Sho u a n2 1 ． S u p e r v i s o r y D e p t ， ， Qi t a i h e P r e p a r e d C o a l G r o u p Co mp ． ， Qi t a i h e 1 5 4 6 0 0 ， C h i n a ； 2 ， X i a n g y a n g N o ． 3 C o a l Mi n e ， Q i t a i h e P r e p a r e d CO a I Gr o u p C o mp ． ， Q i t a i h e 1 5 4 6 0 0 ， C hin a Ab s t r a c t Fr o m f i v e s i d e s s u c h a s I t h e c h ar a c t e r s o f f a c e r o o f r o c k s t r a t u m ， t h e ma i n p r e s s u r e a p p e a r i n g a t a c t u a l mi n i n g f a c e ， t h e f o r c e d f o r c es c h ara c t e r i s t i c o f a c t u a l mi n i n g f a c e s u r r o u n d i n g r o c k， t h e f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e s u p p o r t p r e s s u r e a n d t h e mo v i n g c h a r a c t e r i s t i c， e t c ． i n t r o du c e t h e c h ara c t e r i s t i c s ，r u l es a n d t r e a t me n t me t h o d o f p r e s s u r e ． Ke y wo r d s r oo f c o n t r o l ；wo r k i n g f a c e ；mi n e p r e s s u r e ‘ 维普资讯