93_上01侧向支承压力显现规律.pdf

、 煤矿现 代化 2 0 0 8 年第4 期 总第8 5 期 南屯煤矿 韩洪举李华范爱文 摘要通过对 9 3 0 1工作面矿压观测， 初步掌握 了深部开采综放工作面矿压显现规律 关键词深部开采综放工作面侧向支承压力显现 开采综放技术经过十多年的试验研究推广 ，目前 已成为 我国煤炭机械化开采高产高效的主要方法之一。特别是近年 来随着综放开采技术经验的积累、 研究的深入及装备的更新， 在近水平煤层走向长壁综放工作面不断创造出举世瞩目的新 纪录。但是在倾斜、 缓倾斜煤层仰斜综放开采条件下尚无可借 鉴的技术经验和配套技术装备0 兖矿集团南屯煤矿 9 3 0 1 工作面煤层埋藏较深， 一般为 5 5 0～ 7 5 0 m， 平均为 6 5 0 m左右。该工作面开采的 3上煤层厚 5 ．7 m， 倾角最大可达 2 5 。左右。根据九采区巷道布置设计， 该 工作面采用倾斜长壁仰斜开采， 倾角为 3 。一 2 4 。， 且顶煤松软 易冒落。 为了解决倾斜煤层仰斜综放开采的综合技术问题 ，以便 使今后九采区深部沿空掘巷， 予留煤柱尺寸更加科学合理， 南 屯矿专门立项开展 9 3 t 0 1 侧向支压力显现规律研究。 在煤体埋设钻孔应力计 ， 根据煤体应力计测得的应力， 可 以大致推断 9 3 0 1 工作面开采引起的侧向支承压力分布情 况 。如 图 1 釜爹羹鏊壁 ， 翥 弱鏊薹壁 一 ； ； ， 。⋯ ⋯ ⋯⋯ ‘⋯ 。 ‘ ⋯ ； 。 ， ； i ‘ 。 ‘ 一 图 1 支承压力分布图 l 煤体应力分布 表 1 、表 2为上、下顺槽 4组 2 0 个煤体应力计的变化情 况。 图 1 为上顺槽 5 钻孔内外侧 2 组埋设深度不同的侧向 煤体应力计读数的变化曲线。 2 上顺槽侧向支承压力分布和煤体破坏分布规律分 析 2 0 0 3年5月 2 9日～6月 1日， 应力计井下初设。按要求， 所有应力计初设人孑 L 时， 用液压泵注液人油压枕式应力接头， 初始压力约 1 0 M P a 。仪器第一次正式读数为 5 月 2 9日， 大部 分应力接头的读数下降至 6 8 M P a ， 读数略有差异， 说明应力 探头初始工作状态比较正常， 符合项 目 观测要求。 观测 工作面 外侧第一组应力计埋深， m 内侧第二组应力‘ 十 埋深 ， m 时间 超前 1 泄水 孔 I ． 9 5 4 ． 1 5 5 ． 5 6 8 ． 3 5 1 0 ． 1 5 1 0 ． 1 5 7 ． 1 5 6 ． 1 5 41 5 2 ． 1 5 2 0 0 3 距离 ， m 0 5 ．2 9 8 ． 1 2 1 8 ．0 2 4 8 ．6 3 8 8 ． 2 3 9 8 ．2 5 8 ． 1 5 4 8 ．2 2 1 8 ． 2 2 3 8 ． 7 3 6 8 ．5 5 4 0 6 ． 0 2 1 6 7 0 6 ．0 4 1 5 3 ．5 6_4 3 1 6 ．9 7 4 7 ．7 7 5 5 ． 7 8 0 7 ．2 3 7 6 ．4 1 1 3 0 _ 3 1 7 ． 8 2 8 7 ．5 9 2 7 ．3 3 9 0 6 1 4 o 7 ． 2 O 4 7 ．2 3 2 7 ．5 9 9 7 ． 1 5 7 6 ． 9 0 9 6 ． 8 3 3 7 ．O 9 8 6 ． 9 7 4 6 ．7 0 1 7 ．4 o1 0 6 ． 1 0 1 0 7 7 ． 3 6 7 7 I4 7 5 7 ． 8 7 1 7 ． 3 2 0 7 ．0 5 5 7 ． 1 3 3 7 ． 2 5 5 7 ． 1 4 7 6 ．7 0 1 7 ． 5 5 2 0 6 ． 1 0 1 0 7 7 ． 3 1 3 7 ．5 0 9 7 ．8 2 7 7 ． 3 7 3 7 ．2 9 6 6 ．9 7 7 7 ．3 3 4 7 ． 1 4 7 6 -6 5 2 7 ． 5 5 2 表 2 9 3上0 1工作面下顺槽侧向煤体应力计读数 M P a 观测 工作面 外侧第一组应力计埋深 ， m 内侧第二组应力计埋深 ／ in 时间 超前 5 电缆孔 1 0 ． 6 8 ． 6 5 6 ． 6 5 4 ． 6 5 2 ． 6 5 2 ． 6 5 4 - 6 5 6 ．6 5 1 0 ． 6 5 8 ．6 5 2 0 0 3 距离 ， m 0 5 ． 2 9 1 8 0 7 ．6 9 4 8 ．0 1 3 8 ． 5 1 7 8 ．5 2 1 8 ．2 6 7 7 _3 9 o 8 ． 1 7 3 8 ． 6 4 3 6 ． 7 9 3 8 ． 4 8 0 0 6 ．0 2 9 4 ． 6 6 ．6 o 3 6 ． 9 3 5 7 ．9 2 8 7 ．8 4 1 7 ． 6 2 9 6 ． 5 7 9 7 ． 2 5 2 7 ．8 2 7 6 ． 2 1 4 7 ． 1 9 1 0 6 ．0 4 8 5 6 ．8 7 8 7 ． O 9 5 7l0 2 2 6 ．6 5 2 7 ． 2 8 2 7 ． 0 3 9 7 ． 2 3 2 7 ．5 0 9 7 ． 1 6 o 7 ． 1 5 2 O 6 6 5 6 ．5 5 5 6 ． 9 0 4 8 ．0 2 8 7 ．7 7 9 7 ． 5 8 0 6 ． 5 0 5 7 ． O 6 o 7 ．8 2 7 6 ． 1 6 6 6 ． 9 6 o 0 6 ． 1 0 2 9 ． 2 6 l6 5 0 7 ． 0 2 5 8 ．6 7 0 7 ．7 7 9 7 ． 9 6 6 6 ． 3 5 7 6 ． 8 6 5 7 ． 8 7 7 6 ． 0 2 2 6 ．6 8 9 0 6 ． 1 0 2 6 l4 6 ． 5 0 7 7 ． 0 8 6 8 ．6 2 0 7 ．6 5 4 7 ． 8 7 0 6 ． 2 8 2 6 ． 7 8 8 7 ．8 7 7 5 ． 6 3 6 6 ．7 8 3 第一组应力计共有 5个 ，沿巷道走向相隔距离分别为 1 ．5～1 ． 0 m。以5个应力计变化趋势而言， 埋深 1 ．9 5 ～5 ． 5 6 m 的 3 个应力计读数发生明显的增量转折变化， 即在工作面推进至 第 1 个 1 ． 9 5 m埋深应力计后方约 1 0 m时， 3 个应力计出现应力 降低， 此前， 应力保持渐次增加的趋势。可以推断， 侧向最远达 5 ． 5 6 m的煤体应力状态在工作面后方约 1 0 m处产生变化， 可以 认为此时煤体处于塑性变形状态，即煤柱的塑性破坏范围达 到5 ． 5 6 m附近， 此后， 3 个煤体应力计增加基本停止。 里侧深部 8 ． 3 5 m和 1 0 ． 1 5 m的应力持续增加，表明 8 ． 3 5 m外的煤体处于 弹性变形状态。 另外， 4 ． 1 5 m深的煤体应力是 5 个应力计的最大值，该位 置也是由于侧向顶板断裂运动引起的瞬变支承压力的峰值位 置， 最大峰值发生在工作面后方 8 ． 5 m处。此时， 工作面后方的 煤体瞬时支承压力集中系数约为 K 2 ． 8 。8 | 3 5 m深度的煤体应 力计测得的最大压力增量约为 1 5 MP a ， 并持续增长趋势， 并较 1 0 ． 1 5 m应力略大。 第 2 组煤体应力计变化， 参见图 2和表 1 。工作面推进至 第 1 个 2 ． 1 5 m埋深应力计后方 2 ．0 m时，最深达 6 ． 1 5 m的 3 个 煤体应力计应力突然下降，而较深部的 7 ． 1 5 m和 1 0 ． 1 5 m煤体 应力计应力持续增加， 可以推断， 由于开采引起的侧向煤体应 力塑性破坏的范围约为 6 ． 1 5 m， 此后 3个煤体应力计应力增加 66 维普资讯 煤矿 现代化 2 0 0 8 年第4 期 总第8 5 期 基本停止。而7 ． 1 5 m外的煤体应力处于弹性变形状态。 口- 1 O _ 。 睾 。 耋 0 O 1 0 8 芝 耋 告 A区一 一侧上方煤体塑性破坏范围 B区一 侧上方煤层原始弹性应力状态范围 图 3 9 3上 O 1 综放面采动后顺槽侧向煤体破坏和应力 分布示意图 3 下顺槽侧 向支承压力分布和煤体破坏分布规律分 析 表 2为 9 3上 O 1工作面下顺槽侧向煤体应力计读数； 图 4 为下顺槽 1 泄水孔内外侧 2 组埋设深度不同的侧 向煤体应 力计读数变化曲线。 参见图 4和表 2下顺槽第 1组应力计共有 5 个 ，沿巷道 走向方向间距 1 ． 5 5～2 ． O m。以应力计增量变化而言，侧向 6 6 5 m应力计在工作面后方 1 3 3 m处出现应力降低， 2 ．6 m应力 计在工作面后方 1 7 3 m处出现应力降低 ；而 4 ．6 5 m、 1 0 ． 6 5 m的 应力在工作而后方 1 8 0 m后增量梯度很小， 并有一个相对稳定 值； 不同的是 8 ． 6 5 m的应力计呈持续增加的趋势， 工作面后方 1 4 0 m后应力增量梯度较大。与 顷 槽应力分析方法一样， 表 明该位置处煤体塑性破坏的深度最大达 6 ．6 5 m。 弹性应力范围 在侧 向 8 , 6 5 m以外 。 67 I O e } ， 图4 下顺槽侧向煤体应力计读数变化曲线 同样分析附近的第 2 组应力计应力分布。侧向 6 ． 6 5 m和 8 ． 6 5 m应力持续增大。 在工作面后方约 8 2 m后， 侧向2 ． 6 5 、 4 ． 6 5 和 t 0 ． 6 m处煤体应力基本保持稳定。工作面后方约 1 9 5 m附 近， 4 ． 6 5 m煤体应力稍有下降。因此判断该处煤体塑性破坏的 深度在 4 ． 6 5 m附近， 并略小于 6 ． 6 5 m， 6 ． 6 5 m以外的煤体处于弹 性变形状 态。 另外 ，就侧向总体支承压力分布特征而言 ， 6 ． 6 5 m是后方 支承压力的峰值。从实测数据而言， 最大应力集中系数 ， 应力 集中系数 比上顺槽明显增大， 是上顺槽的 1 ． 3 6倍。 下顺槽侧向煤体破坏和支承压力分布情况如图4所示。 4 倾 向煤层工作面上下侧煤岩体破坏和应力分布对 比 实测采掘工程平面图可知，上顺槽 5电缆孔处对应工 作面倾角约 1 4 o， 下顺槽 1 泄水孔处对应工作面倾 角约 1 2 ． 8 。， 工作面下部倾角略大。 通过上述对工作面上下部位煤体应力和破坏分析可知 ， 9 3 O 1 工作面倾角 1 3～1 4 。条件下侧向煤体的破坏和应力 分布有下述基本特征， 参见图3 。 1 倾斜放顶煤工作面两侧实体煤内均存在明显的塑性 破坏区域。 而上顺槽的煤体破坏区域稍大。 本例实测上下侧向 煤体破坏范围分别为6 ． 1 5 m和4 ．6 5 m， 两者相差 1 ～2 m。同样， 采空区上端侧向起始弹性区范围大体相当，本例实测分别为 7 ． 1 5 m， 下端 6 ． 6 5 m， 上端比下端稍大0 ． 5 m。 2 采空区两侧煤体支承压力分布基本规律相同， 即弹性 区内煤体持续增加并最终稳定。 3 采空区两侧总体支承压力作用范围基本相当。本例 中， 上下方侧向支承压力峰值距巷道边界的距离分别为 7 ． 1 5 m 和6 ． 6 5 m。 采空区两侧煤体应力集中程度 用集中系数表示 有 差异。按同样的采空区距离计算， 下顺槽侧向支承压力较大。 本例中，代表上顺槽侧煤体支承压力的 7 ． t 5 m和 8 ． 3 5 m深度 煤体应力增量约 1 5 MP a 后方 1 8 0～1 9 0 m处 ， 而代表下顺槽 侧煤体支承压力的6 ． 6 5 m深度煤体应力增量约 2 2 MP a 后方 1 8 0 m～1 9 0 m处 ，应力集 中系数 K 3和 K 4分别为 2 ． 1 I 和 2 ． 6 4 ， 下部应力集中系数是上部的 1 ．2 5 倍。 收稿日期 2 0 0 8 3 - 2 6 维普资讯