千万吨级综放工作面采场矿压管理技术研究.pdf

2 0 1 5 年第 1 期 童 媳磊 斜技 4 5 千万吨级综放工作面采场矿压管理技术研究 张新杰，孙兴忠，张羽捷 山东科技 大学矿业与安全工程学院，山东 青岛2 6 6 0 0 0 摘要根据长期 项 目研 究 ，总结塔 山煤矿 当前矿压监测情 况和 主要 存在的 问题 ， 分析 了影响综放 工作 面安全 高效生产的 主要影响因素，提出了年产千万吨级综放工作面采场矿压管理建议。 关键 词矿压安全 管理综放 中图分类号T D3 2 3 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 - 2 8 0 1 ．2 0 1 5 ．0 1 ．2 O Re s e ar c h on s t o pe m i ni ng s t r e s s m an ag e me nt t e c hn i qu e s i n t e ns o f m i l l i o ns o f t o ns of f ul l y me c h a n i z e d t o p c o a l c a v i n g f a c e Z h a n g X i n - j i e ， S u n Xi n g - z h o n g ， Z h a n g Y u - j i e C o e g e o f mi n i n g a n d s a f e t y e n g in e e r i n g ， S h a n d o n g U n i v e r s i t yo f S c i enc e and T e c h n o l o g y , S h and o n g Q i n g d a o 2 6 6 0 0 0 Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e l o n g t e r m p r o j e c t r e s e a r c h ， s u m ma r i z e d the c u r r e n t Mi n e p r e s s u r e mo n i t o r i n g s i t u a t i o n a n d t h e ma i n e x i s t i n g p r o b l e ms o f T a s h a n Co a l mi n e ， a n a l y z e d t h e ma i n i n fl u e n c i n g f a c t o r s t o the e ffe c t o f f u l l y me c h a n i z e d t o p c o a l c a v i n g f a c e o f s a f e a n d e ffic i e n t p r o d u c t i o n ， p r o p o s e d t h e s t op e mi n e p r e s s i n g ma n a g e me n t s u g g e s t i o n s f o r t e n s o f mi l l i o n s o f t o n s o f f u l l y me c h an i z e d t o p c o a l c a v i n g f a c e ． Ke y wo r d s mi n e p r e s s u r e s a f e t y ma n a g e me n t f u l l y me c h ani z e d t o p c o a l c a v i n g 塔 山煤矿 8 1 0 5工作面具有特厚煤层 的显著特 征 ，以此为工程背景 ，探究千万吨级工作面现状， 提出千万吨级综放工作面实现采场矿压有效管理的 建议措施 ，尤显十分重要。 l 千万吨级综放工作面开采的条件 1 煤层厚度。地质条件比较简单 ，一般状 况下，工作面的长度在 2 4 0 m 以上 、厚度在 1 0 m以 上是进行千万吨级综放工作面开采的理想条件。 2工作面走向长度。工作面的走向长度只 要能保证在设备的大修期限内，且巷道支护方案可 靠的情况下，尽可能地加大走向长度，减少搬家安 装的次数，提高矿井生产效率。 3工作面倾斜长度。在地质条件和煤层赋 存条件简单的情况下，煤厚达到 1 2 m 以上、工作面 倾斜长度 2 5 0 m 以上时，具备年产千万吨综放工作 面的条件。 4设备因素。国产设备生产能力基本可以 收稿 日期2 0 1 4 1 0 1 7 作者简介张新杰，现为山东科技大学矿业与安全工程学院矿业 工程在读研究生， 主要研究方向为矿山压力与控制、瓦斯防治等。 实现千万吨级综放工作面 目标，但设备的适应性 、 配套协调性 、运行可靠性、稳定性与国外产品比较 还有 一定差 距。 2 8 1 0 5综放工作面矿压规律现场实测 矿压观测内容主要包括工作面支架支护阻力、 活柱下缩量 、工作面煤壁、顶煤及两巷煤壁 、顶煤 变化 、工作面超前支护应力显现规律。 2 ． 1 观 测 方 法 1 巷道顶 板离层 监测 采用顶板离层报警仪来对道顶板离层监测 ，所 得数据人工采集。在 2 1 0 5巷中放置 2 6 个测点 ，在 5 1 0 5 巷中放置 3 0个测点。 2 超前支护 单体液压支柱 压力监测 两巷用单体液压支柱进行支护 ，单体液压支柱 不能频繁回撤 ，不适合在线监测，故采用数显压力 计，人工采集数据，对超前支护进行矿压显现分析 和总结 。 2 ． 2 8 1 0 5工作面来压统计 8 1 0 5工作面回采期间共来压 8 8 次 ，平均来压 步距为 2 5 ． 7 m。来压显现主要表现在支架安全阀开 启、煤壁片帮、机道顶板破碎断裂。 童 七 薹 茬 斜技 2 0 15 年 第 1 期 3 顶板垮落岩层厚度与正常开采时支 架支撑 力 的分析 3 ． 1 顶板垮 落岩层厚度 根据预测报告直接顶的厚度为 3 7 ． 3 5 m。直接顶 初次垮落结构力学模型参照图 1 所示 。 图 1 直接 顸垮落模 型 图 直接顶第一次垮落期间支架阻力和缩量计算 直接顶垮落层厚度m 3 7 ． 3 5 m 直接顶初次垮落步距 C z 2 5 m 直接顶周期垮落步距 C o z 9 m 采高 h 1 7 m 其中 g 3． 5 m 垆 1 3 ． 5 m r z 2． 5 t ／ m2 m 一直接顶垮落层厚度； 一 直接顶垮落层容重 ； e 一 直接顶垮落层初次来压裂断步距 ； 一 支架控顶距。 3 ． 2 控制顶板对支架的要求 1 控制准则 支架阻力不小于直接顶的作用力 力学保证条件满足直接顶第一次裂断时刻控 制要求支护强度 只 兰 兰 4 其中 A h ， r s 1 3 ． 5 1 ． 4 1 8 ． 9 t ／ m 因此将数据代入则 只 1 8 ．9 兰 1 2 6 ．9 7 t ／ m 4x5．4 R， P， X Sr 1 26 ． 9 79 3 4 5 1 1 9 9． 8 7 t1 1 9 98 ． 7 k N 2Ah 为要求控制的采场顶板下沉值 ，根 据存在 “ 内应力场”实际情况，可以采用以下方案 下限方案 确保不发生煤壁片帮事故 令 △ A h 叶 _7 7 _ 8 1 l 8 ． 99 6 - 7 1 t ／ l I l 2 Rr PrSr 9 6． 7 19 ． 45 91 3 t 91 3 9 k N 3根据预测报告及实测分析 ，则可知道直 接顶第五垮落层变成了老顶第一岩梁。因此当老顶 初次来压时支架阻抗力及缩量的计算如下 老顶下位岩梁厚度 m z s 1 5 ． 2 3 m 老顶下位岩梁第一次垮落步距 C o z 5 3 m 老顶下位岩梁周期垮落步距 C 2 1 8 m 4 老顶第一次来压期间支架阻抗力计算 控制准则 防止上位岩梁动压冲击，把采场顶 板下沉量控制在支架缩量允许的范围内。 力学保证条件满足老顶下位岩梁第一次裂断 时刻控制要求支护强度 P P 个 兰 4 其中A 5 h A Ci m r z 1 8 ． 9 2 2 ． 1 2 2 ． 5 7 4 ． 2 因此将数据代入则 只 7 4 ．2 兰 塑 1 0 5 ．67 t ／ mz 45 ． 4 Rr PrSr 1 0 5 ． 6 79 ． 4 5 9 9 8 ． 5 7 t9 9 8 5 ． 7 k N 5 支架缩量的计算 老顶第一次裂断来压工作面要求支架 立柱 下沉缩量 ‰ 的计算 A h 兰 A C 其中 S , h - m X k A 一 1 矗 1 7 2 2 ． 1 2 1 ． 3 5 1 一 4 ． 9 -- 4 ．3 5 由此 A h 兰 兰 兰 堑 0 ．8 8Ah 0 8 8 m 』一 5 3 因此 ，在老顶初次来压期间，根据现场观测 ， 当推进速度正常 一般认为达到每天 3 ． 2 m以上 时， 可以不用考虑老顶上面的随动层，并且可以安全高 效开采 ，否则有压死支架的危险。 4 加强采场矿压管理的改进措施 根据煤层赋存条件，开采过程中，应采用以下 改进措施 ，将会取得更好效果 1 根据放煤过程中顶板的岩石情况，及时 进行分析顶煤的垮落高度 ，及时调整工作面的放煤 量，可以有效减小工作面原煤的含矸率。 下转 第 4 9页 2 0 1 5 年第 1 期 七 茧 晨 斜 枝 4 9 R ● B． R2 R 6 对 再进行模糊矩阵运算 ，即得到第一层指标 对评价集的隶属向量 。 B[ b 1 b 2 b 3 b 4 ] 7 对于结果，由于评价集是有序分割类 ，在这种 情况下，最大关联度原则就变得不太适用了，因此 ， 这里引入 “ 置信度”识别准则。 设 为置信度 2 0 ． 5 ， 通常取2 0 ． 6 或0 ． 7 ， 令 l P l k o m in k ∑ b i ， k 1 ， 2 ， 3 ， 4 I 8 l k l 由此判断冲击危险性属于第 等级。 将自然因素与技术因素的评价结果 表 2 综合 考虑，取其较为危险的评价结果作为最终的评价结 果 表 2 多级模糊评价结果 B 置信 名称 影 响因素 度 危险性 bl b 2 b 3 b 4 A 4 5 自 然因素 0 ． t 6 5 0 ．7 0 2 0 ． 1 4 3 O O ． 6 2 弱冲击危险 o 4面 技术 因素 0 ．5 0 7 0 ． 3 5 8 O ． 1 9 O ． 1 5 9 0 ． 6 2 弱冲击危 险 k o 2 ，说明 4 - 5 0 4 掘进面具有弱冲击危险。 3 结论 1 硫磺沟煤矿 4 - 5 煤层及顶底板具有弱冲 击倾向性。 2 应用多级模糊评价方法分析地质因素和 技术因素中各项指标对冲击地压的影响权重，方法 可靠 ，计算方便。 3 通过多级模糊评价得出 4 - 5 0 4掘进面 具有弱冲击危险。 【 参考文献 】 [ 1 ] 张万斌 ，王淑坤，藤学军 ． 我 国冲击地压研究与 防治的进展 [ J ] ． 煤炭学报，1 9 9 2 ，1 7 3 2 7 ～ 3 5 ． [ 2] 高明仕，张农，等 ． 影响巷道冲击矿压破坏的关 键 因素及破坏过程模拟研 究 [ C]． 中国煤炭学会 开采专业委员会 2 0 0 6年学术年会论文集，2 0 0 6 ． [ 3] 窦林名， 何学秋 ． 冲击矿压防治理论与技术 [ M] ． 徐州中国矿业大学出版社，2 0 0 1 ． [ 4] 韩桂武，周英 ． 巨厚煤层冲击地压的机理及预防 措施 [ J ]． 煤炭工程，2 0 0 3 ，1 0 2 9 3 1 ． [ 5] 佩图霍夫，等 ． 冲击地压和瓦斯突出的力学计算方法 [ M]． 段可信，译 ． 北京煤炭工业出版社，1 9 9 4 ． [ 6 ] 金立平，鲜学福 。 煤层冲击倾 向性试验研究及模 糊综合评判 [ J ]． 重庆大学学报，1 9 9 3 ． 上接 第 4 6页 2均衡生产可 以有效改变工作面的来压状 况。均衡生产每天保持一个相对固定的推进速度， 工作面的产量也可以相对稳定。 3保证机组的割煤质量 ，即顶底板平直。 顶板平直可以确保支架有效接顶，改善支架的工作 状况 ；工作面割直可以保证支架的切顶线在一条直 线 ， 杜绝了因切顶线不齐个别支架受力较大的状况。 4 改善放煤工艺 ，保证均匀放煤。 5构造 区段应超前移架。在小的断层构造 区域 ，为了避免工作面机道发生局部漏顶现象，工 作面割煤后 ，拉超前架进行支护。 6 在科研单位指导下试验 5 ． 0 m采高，积累 相关经验数据。由于工作面煤层赋存稳定在 1 6 ． 0 m 左右 ，一般采高可以控制在 4 ． 5 m左右 ，即支架最 佳工况点。 5 结语 本文研究总结塔山煤矿千万吨级 8 1 0 5 综放工作 面采场矿压规律与存在问题，重点分析了影响千万 吨级综放工作面采场矿压管理的因素，在实践的基 础之上提出了一些切实可行的工作措施，能够为今 后千万吨级综放采煤提供实践经验和理论指导 ，对 于进一步发展厚及特厚煤层大采高综放开采技术， 提高综放开采成套设备生产能力、安全可靠性和配 套协调性，实现大型矿井安全高效可持续发展具有 重要指导作用和深远影响。 【 参考文献 】 [ 1 ] 窦林名，邹喜正 ． 煤矿围岩控制与监测 [ M] ． 徐州 中国矿业大学出版祉，2 0 0 7 ． [ 2] 阎海鹏 ． 矿压测控技术 [ M ]． 徐州中国矿业大 学出版社 ，2 0 0 7 ． [ 3] 汪腾蛟，陈湘源 ． 千万吨大采高综采工作面安全 管理及实践 [ J ]． 煤炭工程，2 0 0 8 6． [ 4 ] 胡国伟 ． 大采高综采工作面矿压显现特征及控制 研究 [ D]． 太原理工大学硕士学位文，2 0 0 6 ． [ 5 ] 郭保华，涂敏 ． 浅谈我 国大采高综采技术 [ J ]． 中国矿业大学学报 ，2 0 0 3 1 0 4 0 4 1 ．