煤矿回采工作面矿压和顶板管理研究.pdf

煤矿回采工作面矿压和顶板 苏杰 神华神东寸草塔煤矿， 内蒙古 鄂尔多斯 0 1 7 2 0 0 管理研究 摘要 煤矿回采工作面矿压和顶板管理在煤矿生产中起着至关重要的作用， 随着煤矿开采深度的不断增大 ， 回采工 作面的矿上压力显现也逐渐增强， 对工作面压力分布规律了解不清， 不仅会影响推进速度 ， 甚至会引发工作面顶板事故。 因此， 煤矿生产企业一定要加强对煤矿回采工作面矿压的显现规律的研究， 注重顶板管理工作 ， 进而降低矿井事故的发生 率 ， 确保矿山的安全稳定生产。 关键词 回采工作面； 矿压观测 ； 顶板管理 中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T D 3 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 7 1 80 1 4 4 0 3 1 寸草塔煤矿 2 2 1 0 3工作面概况 寸草塔煤矿 2 2 1 0 3工作面布 置于 2 2煤层呈 东北高西南低 ， 向西南倾斜 ， 倾角 0 。 一3 。 。工作面 上覆基岩厚度 1 8 9 m一 2 6 3 m， 松散层厚度 0～l O m。 工作面 回撤通道上部靠近湾兔 沟， 上覆基岩厚度 2 0 0 m左右 ， 松散层厚度 1 0 m左右 。工作面切眼附 近上覆基岩厚度2 6 0 m左右， 松散层厚度5 m左右， 湾兔沟两侧有基岩裸露区域。煤层为稳定煤层， 煤厚 2 ． 5 m一 3 ． O m， 工作面内煤层厚度变化较小， 只有在断层 构造 带附近 ， 煤 层厚度变化较大 。工 作面整体仰采， 局部俯采。 2 2 2 1 0 3工作面矿压观测分析 2 ． 1 测 点 布置 工作面 1 9 0台液压支架上每隔 1 0架布置一 个测点 ， 即将测点布置在 1 0 、 2 0 、 3 0 ⋯1 8 0 、 1 9 0 支架上 ， 工作面共布置 了 l 9个测点。从工作面 切眼回采时开始进行矿压 观测 ， 观测 到工作面 向 前推进 2 0 0 m范 围为初采 阶段 。数据记录 以实际 割煤刀数为准， 加甩刀时加甩刀距离在 6 0架以内 的不采集数据 ， 加甩刀距离超过 6 0架的按整 刀记 录。数据记录时须待 压力稳定后再记 录， 指定支 架压力异常时参照相邻支架。 2 ． 2工作 面 强放 前 后观 测 2 ． 2 ． 1 2 2 1 0 3工作面初采直接顶强放 ．D 邱嘲 激 1I | 一一一 0 棚晰 ； ， ， ⋯- l m - ～- _ f e I -1 ； i ～ I 二 八’ ～ ⋯ 图 1 初放前后支架工作 阻力对比图 工作面强制放 顶采用放炮方式 ， 分 7次进行 起爆 ， 经查看， 工作面 强放 效果整体优 良， 但有个 别效果差的地方 ， 工 作面强放未落下。其初放前 后支架工作阻力如图 1所示。 图 2 综采工作面矿压显现 图 工作面在初次来压前综采工作面基本处于稳 定状态 ， 支架基本上没有明显增压现象 ， 基本上保 持在初撑 力 2 5 2 b a r 至 3 3 0 b a r 范围内 ， 当进行第 2 刀时工作面 6 0架至 8 0附近 首先来 压 ， 此时工作 收稿日期 2 0 1 7 0 7 3 1 作者简介 苏杰 1 9 8 6一， 男， 内蒙古巴彦淖尔市人， 助理工程师， 现在神华神东寸草塔煤矿工作。 l 44 _ 由登西k 黻 誉承牮一毒 jI f纛 摹 奏 面机头推至 3 8 m， 机尾推在 3 9 m处 此次来压范围 较小 1 4 0 ～ 1 6 5 ， 结束时， 工作面其他位置没有 来压， 液压支架压力基本在 3 0 0 b a r 左右。第 3刀 时工作面 4 0架至 6 0附近首先来压， 此时工作面 机头推至 4 8 m， 机尾推在 4 9 m处再次来压 ， 结束 时， 工作面其他位置来压， 本次来压共持续 6刀， 来压时液压支架压力平均在 3 4 5 b a r 左右， 最高达 到 4 0 b a r ， 其矿压如图 2 。所 以本工作面的初次来 压位置为加上切眼宽度 7 ． 2 m， 本次老顶初次垮落 步距为5 5 ． 2 m。 2 ． 2 ． 2改进方法及建议 1 本工作面采用人工记录的方式， 每隔 l 0 架采集一次， 故采集的数据只反映本支架当时的 情况 ， 不能反映支架的连续动态工作阻力 ， 且只能 对整个工作面所 有支架的状态进行 相似模拟 ， 建 议增设矿压在 线监测系统 ， 以便更好地掌握整个 工作面支架的动态工作阻力信息。 2 由于顶板运动的强烈程度 与地质条件 、 开 采技术及支护状 况密切相关 ， 应做 好相应的地质 勘探工作。工 作面布置时 ， 在 距离切眼 前方 4 0 m ～ 5 0 m范围内应避免有大的断层及破碎带， 保证 不会发生切顶事故。 3 建议综采队加大支架“ 五到位” 的监督管 理， 尤其是工作面初撑力的管理和支架的检修力 度的管理， 确保支架立柱初撑力始终保持在平均 2 5 2 b a r 以上 ； 初次来压前工作面采高不小于2 ． 6 m， 以免来压时支架立柱下降导致采高过低。为减少 老顶初次来压对工作面的影响， 支架工应坚持跟 机拉架、 擦顶移架和拉超前架， 及时调整架形， 确 保支护效果。 4 由于管理不善， 在本次回采初期大部分支 架工只记录了支撑力在 3 0 0 b a r 以上的数据， 形成 的矿压图会出现断续现象， 不能形成一个完整的 平面视图 ， 且 由于工人 的现场监督不到位 ， 导致在 数据的采集上存在缺漏及造假现象， 在今后的生 产过程中， 应制定相应的措施 ， 在接下来的周期性 来压分析阶段要做好本方面的工作。 5 本工作面受周期来压影响较大， 在周期来 压期间， 推进度越慢， 顶帮状况越容易恶化， 表现 为破碎易冒， 局部片帮严重。 6 今后其他工作面推采过程 中， 在保证工作 面设备正常 及强放 效果理想 的情 况下， 若 出现推 进在 4 5 m时仍未出现来压迹象时， 应及时汇报生 产办及矿总工程师。 7 本次观测过程中发现 1 6 0 支架 P M C显示 的压力数值存在问题， 比实际值偏高， 因此采用观 测附近支架的工作阻 力。 2 ． 3工作面正常回采矿压观测 2 ． 3 ． 1 2 2 1 0 3工作面初采矿压观测 因受煤质影响， 我矿生产组织方式不确定， 综 采工作面每日推进度均匀， 工作面回采期间， 矿压 显现规律不 明显 ， 总体规律 如下 工作面生产 时， 液压支架的平均工作阻力在 2 7 0 b a r ～ 2 9 0 b a r 实 际在 3 0 0 b a r 一3 4 0 b a r 左 右 ， 因人工记录的方 式比 实 际 较 小 两 端 头 支 架 工 作 阻 力 在 2 5 5 b a r一 2 8 0b a r 。 1 因每天推进度差异较大 ， 如长时间工作面 不生产， 工作面会出现不同程度的顶板垮落， 工作 面支架压力逐渐增加 ， 工作面现场偶尔能听到立 柱下沉产生的哒哒声。 2 本次观 测阶段 来压位置 5 6 、 6 2 、 7 4 、 8 2 、 9 2 、 1 0 6 、 1 1 1 、 1 1 5 、 1 2 2 、 1 2 6 、 1 3 2 、 1 4 6 、 1 5 1 ， 推算的 来压步距分 别为 8 、 8 、 1 2 、 8 、 l 0 、 5 、 4 、 8 、 4 、 6 、 1 4 、 5 m ， 平均来压步距7 ． 8 m， 在未生产期间工作面支 架阻力总体压力较大， 但未出现明显来压。 3 生产期间工作面支架工作阻力基本维持 在 3 0 0 1 a r ， 不生产期 间工作面支架工作 阻力逐渐 增加， 基本维持在 3 3 0 b a r ～ 4 3 0 b a r ， 个别支架有卸 液现象 ， 在此期 间， 工作面推进速度较慢 ， 直接 顶 管控难度大、 漏矸现象严重 、 煤壁片帮 、 轻微底 鼓 局部底煤 留设较厚时才 出现此类现象 ， 工作面 要经常采取拉超前架 的方式进行顶板管控。 2 ． 3 ． 2 2 2 1 0 3 工作面限采矿压观测 矿井受公 司限产规定 ， 综采工作面每天 平均 推进度均匀 3刀 一 7刀， 平均 5刀左右 ， 工作面 回采期间， 周期来压规律不明显， 工作面呈持续矿 压显现 ， 但总体规律如下 工作面生产时 ， 液压支 架的平均工作阻力在 3 0 0 b a r 以上 ， 实际在 3 0 0 b a r ～ 3 4 0 b a r 左右 ， 因人工记录的方式比实际较小 两 端头支架工作阻力在 2 6 0 b a r 一 2 8 0 b a r 左右 。 工作面推 进至 1 1联 巷附近 时 ， 受 断层 f 1 5 3 l 1 3 0／_ _ 3 3 2 5 0 H1 ． 5 m影响 ， 工作面超前约 4 0 米范围内， 出现不同程度的底鼓现象。0 3轨道巷 1 1 联巷口附近开始 出现轻微底鼓 ， 随时 间推移底 鼓加剧， 工作面液压支架阻力基本维持在 3 4 0 b a r ， 工作面液压支架立柱有部分因检修不到位， 出现 渗液现象， 对支架工作阻力影响不大 。在此期 间， 工作面推进速度为每天6刀 一 7刀， 工作面顶 板没有明显下沉、 只是端面漏矸、 煤壁片帮、 轻微 底鼓。 1 1联巷内也出现较严重底鼓现象， 密 闭前木 点柱也被 压断 ， 原 密闭喷浆皮脱 落严重 在超 前 5 0 m附近， 喷浆皮出现较明显裂隙， 但裂隙处未出 现有害气体浓度上升现象 。 改进措施 1 工作面及时进行调斜， 保证工 作面上、 下安全出口距离 受 0 3轨道巷副帮帮鼓 影响 。 2 0 3轨道巷副帮处 局部 帮鼓严重地段 、 原 帮锚索失效处 ， 安排用 1 7 ． 8 m m 6 5 0 0 mm锚索 进行补强支护。今后， 需提前加强支护联巷口共 1 4 5 2 0 m范 围 。 3 联巷 口打设 “ 品” 字形 木垛进 行 顶板 管 控。 4 对于底鼓严重处 ， 进行人工起底。 5 超前支护改 为 3 0 m， 4排 ， 单体 间距 改为 0． 8m。 6 在靠近正帮的第一排单体 、 联巷 口处设置 警示栅栏 ， 严禁人员入内， 瓦检员用探杖检查联 巷内有害气体浓度 。 3结论 1 通过上述分析可发现工作面周期来压步 距大部分在 6 ． 0 m一1 0 ． 4 m之 间， 来压 期间支架载 荷较机头、 机尾区域支架大。正常生产期间工作 面中部区域顶板 响声 较大 ， 支架立柱 安全 阀有个 别开启现象， 工作面中部非来压期间支架平均载 荷约4 0 0 b a r 左右， 较机头机尾支架阻力大， 周期来 压期间支架平均载荷在 4 7 0 b a r 左右 ， 动载系数 为 1 ． 1 7 5， 所 以支架选型时应考虑一定的安全系数。 2 回采过程中， 未发现工作面该区域支架有 大面积来压显现 ， 工作面煤壁片帮现象一直持续 ， 顶板基本完好。但因工作面存在断层， 断层面前 后， 工作面出现一定范围的端面矸石冒落， 导致采 高超高， 达 3 ． 4 m左右。所以回采至上述断层附近 时 ， 应降低采高减少割岩量。 参 考文献 [ 1 ] 肖兴喜． 煤矿回采工作面矿压与顶板管理分析 [ J ] ． 内蒙古煤炭经济， 2 0 1 4 ， 0 5 1 2 0 ， 1 2 4 ． [ 2 ] 蔡朝伟． 煤矿悬移支架回采工作面矿压规律探讨 [ J ] ． 化工管理 ， 2 0 1 3 ， 0 4 3 7 ． [ 3 ] 张喜贵． 浅析煤矿 回采工作面矿压及顶板管理 [ J ] ． 能源与节能， 2 0 1 6 ， 0 6 5 4 5 5 ， 5 7 ． 责任编辑 陈 文明 【 上接第 1 2 2页 二 1 煤层所带压力将随之减小， 威胁也随之减轻。 4 ． 2 ． 2二 1 煤层 一 6 0 0 m水平寒武系灰岩岩溶 裂隙含水层隔水层厚度约为7 4 ． 2 m 用上述计算方法推算 ， 现 寒武系灰岩水水 位 标高约为 一 4 3 0 m， 一 6 0 0 m水平二 1 煤层底板标高 约为 一 6 0 0 m～一 8 5 0 m， 底板承受寒武系灰岩含水 层水压值约为 1 ． 7 M P a 一 4 ． 2 M P a ， 根据突水系数公 式 TP ／ M可得 ， 寒武系灰岩含水层对 一6 0 0 m水 平二 1 煤层底板的突水系数为 0 ． 0 2 3～ 0 ． 0 5 7之 间， 故寒武系灰岩含水层对 一 6 0 0 m一一 8 5 0 m区域 的采掘活动， 在现阶段内评价为突水威胁区。 4 ． 2 ． 3埋深在 一8 5 0 m以深的采掘活动区域 二 l 煤层底板标 高在 一8 5 0 m一一9 5 0 m的 区 域， 底板 承受 寒武 系灰岩含 水层 水压值 约为 4 ． 2 M P a ～ 5 ． 2 M P a ， 根据突水系数公式 T P ／ M可 得， 寒武系灰岩含水层对 一 8 5 0 m～一 9 5 0 m区域内 1 4 6 二 1 煤层底板的突水系数为0 ． 0 5 7 0 ． 0 7 3之间， 故在此区域的采掘活动在现阶段评价为突水危险 区 。 5实际生产中应采取的防治水措施 1 依据矿井生产布局 ， 进一步加大井下疏水 降压孔建设 力度 。井 下疏水降压孔的设计原则上 应充分考虑井田水文地质条件和采掘工程布置， 尽量满足一孔放水相邻水文观测孔能够 测试数据 变化的技术 要求 ， 同时考虑将水文观测孔 设计在 断层 、 次级背斜轴部附近及物探探测 的富 水异常 区内， 以更好地达到疏放底板灰岩水的效果， 降低 承压水水头高度 。 2 严格按规定 留设各防水煤 岩 柱和断层 防水煤 岩 柱。断层防水煤柱的留设除按 煤矿 防治水规定 要求留设外， 还应根据断层的性质和 含水特征并结合井田实际情况合理确定宽度， 在 安全的基础上尽可能地减少煤炭资源的丢失。对 已探明的导水断层 ， 尤其是 落差 较大可能沟通寒 武系灰岩含水层的导水断层 矿井边界处断层原 则上作为采区边界留设防水煤 岩 柱 ， 必须预留 防水煤 岩 柱。 3 工作面回采之前， 首先对工作面的底板进 行物探超前探测。初步进行富水异常区圈定， 之 后对富水异常区进行钻探验证 ， 若验证 距开采煤 层 3 0 m内有强含水层且水量较大无法疏排时 ， 必 须先对底板进行注浆加固， 充填底板裂隙， 堵塞过 水通道， 变薄层灰岩含水层为隔水层， 提高工作面 的底板岩层的抗压性能 ， 防止工作面在 回采过程 中的底板突水事故的发生。若验证含水层弱或极 弱、 水量较小时， 则进行直接疏排。 6下一步防治水研究工作的重点 1 收集分析已有的资料， 补充开展专门的勘 探和水文地质监测工作 ， 研 究矿 井二 1煤层底板 岩溶裂隙水的水文地质单元划分情况及岩溶裂 隙 发育的条带或块段 。 2 根据抽放水试验所测定 的水量和水压资 料 ， 结合矿区内水位 水压 动态监测结果 ， 确定单 位降深涌水量q ， 依据单位降深涌水量 q和水动力 场的变化情况， 确定不同区域的疏水量， 评价水害 治理方案效果。 3 进一步采用其他探查方 法实测工作面底 板扰动破坏深度， 以使所获得资料准确可靠， 在其 他矿井选择合适的工作面开展系统的底板扰动破 坏深度探查研究工作 ， 研究其平面的变化规律 。 4 依据煤层底板采动破坏深度的影响因子， 分析其相互关系 ， 建立相应的关系式 ， 为矿井开采 前煤层底板扰动破坏深度进行准确预测。利用理 论与实际相结合的方法分析不同煤层 间底板扰动 破坏深度的主要影响因子及相同煤层间的制约因 素。 责任编辑 陈文明