唐山矿综放工作面矿压规律实测研究.pdf

工程技术 SC IE NC E ＆ T E C H NO L O G Y ．N盟F OR M业A TIO N 圆 ＆ l l ■ ■ 瞄 曼 墨 ● l U DO I 1 0 ． 1 6 6 6 1 ／ j ． c n k i ． 1 6 7 2 - 3 7 9 1 ． 2 0 1 6 ． 1 1 ． 0 3 9 唐山矿综放工作面矿压规律实测研究 王明强 开滦 集团 有限责任公司唐山矿业分公司河北唐山0 6 3 0 0 0 摘要 随着煤矿开采深度的不断增加， 基于浅部开采建立起来的传统理论已不再适合于深部开采， 深部煤炭资源的安全高效 开采急需开展新的矿山压 力理论方面相关研究。 目前开滦矿区部分采区已进入深部开采， 该文以唐山矿Y 4 8 5 J - 作面为研究对 象， 通过现场实测的方法， 深入研究深井特厚煤层综放工作面矿压规律， 为工作面的推进以及矿井的安全生产提供切实可行的 数 据支撑 。 ， 关键词 综放工作面 深部开采矿压规律 中图分类号 T D 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 3 7 9 1 2 0 1 6 0 4 b 一 0 0 3 9 0 2 目前， 国内煤矿开采大多以地采为主， 矿床开采必然会改变原 岩的原始平衡状态。 当岩体一旦被采动， 原岩的原始平衡状态必 将会发生改变， 将会出现新的不平衡应力场。 在这种新的不平衡 应力场作用下， 将会发生一系列的岩体变形和破坏， 严重情况下， 还会导致围岩的大范围失稳或者破坏， 通常情况下， 我们把岩体 的这种应力变化过程称为矿山压力显现。 开滦矿区部分采区已进入深部开采， 由于处于“ 三高一扰动” 的复杂力学环境， 使得深部煤矿灾害特征与浅部明显不同， 基于 浅部开采建立起来的传统理论已不再适合于深部开采。 该文以开 滦集团唐山矿Y 4 8 5 工作面为研究对象， 分析工作面支架压力数 据， 掌握Y4 8 5 工作面的矿压规律， 得出其初次来压步距、 周期来压 步距等指标， 对于充分发挥综放开采工艺的优势和实现安全生产 等具有重大意义。 1 工程概况 唐山矿全井田共有8 个可采煤层， 其中5 、 8 、 9 煤层全井田范围 可采。 Y 4 8 5 工作面位于岳胥区l 3 1 4 水平， 为该区第二个工作面。 地面标高 5 一 8 ． 1 5 m， 工作面标高一 7 5 0 ～一 1 0 1 6 ． 4 I l l 。 其中 Y4 8 5 作面走向长为l 4 0 0 m， 倾斜长1 5 0 m。 从地质资料上看， 该采区煤层为8 、 9 煤层分合区， 且大部分为8 、 9 煤合区， 煤层总厚 为7 ． 8 1 ～9 ． 5 0 m， 煤层稳定， 该煤层进行综放开采。 2 Y 4 8 5 工作面矿压显现规律实测研究 为掌握Y4 8 5 I作面的矿压显现规律， 在工作面布置了支架压 力监测仪器， 在第1 0 号支架上安装第一块支架压力表， 依次每1 0 架安装一块 ， 支架压力表安装位 置为1 0 、 2 3 、 3 6 、 4 9 、 6 2 、 7 5 、 8 8 支架。 将所有压力观测点分为3 个观测区， 1 0 、 2 3 为下部观测区， 3 6 、 4 9 、 6 2 为中部观测区， 7 5 、 8 8 为 上部观测区。 通过分析这7 个支架压力表所采集的数据， 总结出工 作面持续推进过程中的来压规律。 分别从上部、 中部、 下部观测区的支架压力数据进行分析。 1 于上部观测区的1 0 支架所受静载较大， 但来压规律不明 显。 2 3 支架具有明显的初次来压现象， 通过数据统计得到其最大来 压步距为2 8 ． 1 m， 最小来压步距为4 ． 5 m， 平均来压步距为1 6 ． 4 ml 最大非来压时支架平均阻力为4 9 4 6 ． 0 k N， 最小非来压时支架平均 阻力为3 4 2 8 ． 0 k N， 平均非来压时支架平均阻力为4 4 0 3 ． 4 k N{ 最大 来压时支架阻力为6 6 6 0 ． 9 k N， 最小来压时支架阻力为5 3 5 7 ． 0 k N， 平均来压时支架阻力为6 0 7 2 ． 9 k N； 最大动载系数为1 ． 9 4 ， 最小动载 系数为1 ． 2 5 ， 平均动载系数为1 ． 3 9 ； 最大来压持续长度为3 ． 5 m， 最小 来压持续长度为0 ． 2 m， 平均来压持续长度为2 ． 2 ff 1． 。 2 3 6 支架初次来压现象不明显， 通过数据统计得到其最大来 压步距为4 6 ． 0 m， 最小来压步距为1 9 ． 2 m， 平均来压步距为3 2 ． 4 m} 最大非来压时支架平均阻力为4 8 8 5 ． 0 k N， 最小非来压时支架平均阻 力为4 1 2 5 ． 9 k N， 平均非来压时支架平均阻力为4 3 5 8 ． 0 k N， 最大来压 时支架阻力为6 1 6 8 ． 0 k N， 最小来压时支架阻力为5 6 9 6 ． 1 k N， 平均 来压时支架阻力为5 8 9 3 ． 6 k N； 最大动载系数为1 ． 4 1 ， 最小动载系数 为1 ． 2 l ， 平均动载系数为1 ． 3 6 ； 最大来压持续长度为6 ． 8 m， 最小来压 持续长度为0 ． 2 m， 平均来压持续长度为2 ． 2 m。 4 9 支架最大来压步距为5 3 ． 0 m， 最小来压步距为2 0 ． 0 m， 平 均来压步距为3 6 ． 5 m； 最大非来压时支架平均阻力为4 8 5 4 ． 0 k N， 最小非来压时支架平均阻力为4 4 3 3 ． 0 k N， 平均非来压时支架平 均阻力为4 6 4 3 ． 5 k N} 最大来压时支架阻力为60 6 5 ． 0 k N， 最小来 压时支架阻力为5 9 0 1 ． 0 k N， 平均来压时支架阻力为5 9 8 3 ． 0 k N； 最大动载系数为1 ． 3 3 ， 最小动载系数为1 ． 2 5 ， 平均动载系数为1 ． 2 9 ； 来压持续长度均为1 ． 0 。 6 2 支架最大来压步距为3 9 ． 5 m， 最小来压步距为1 1 ． 5 m， 平 均来压步距为2 1 ． 3 m； 最大非来压时支架平均阻力为4 7 8 2 ． 7 k N， 最小非来压时支架平均阻力为4 1 6 6 ． 0 k N， 平均非来压时支架平 均阻力为4 5 2 9 ． 0 k N； 最大来压时支架阻力为6 5 9 9 ． 0 k N， 最小来 压时支架阻力为5 4 0 8 ． 0 k N， 平均来压时支架阻力为5 9 9 1 ． 2 k N； 最大动载系数为1 ． 4 7 ， 最小动载系数为1 ． 1 4 ， 平均动载系数为 1 ． 3 3 ， 最大来压持续长度为1 0 ． 0 m， 最小来压持续长度为1 ． 0 m， 平均来压持续长度为3 ． 0 m。 3 7 5 支架工作阻力所受静载较大， 通过数据统计得到其最 大来压步距为4 2 ． 0 I l l ， 最小来压步距为2 8 ． 5 m， 平均来压步距为 3 5 ． 3 m； 最大非来压时支架平均阻力为4 6 4 9 ． 0 k N， 最小非来压时 支架平均阻力为4 3 9 2． 0 k N， 平均非来压时支架平均阻力为 下转4 1 页 科技资讯 S C I E N C E ＆ T E C H N O L O G Y I N F O R MA T I O N 3 9 工程 技术 S C IE N C ES IE N E T E 。 N O L O G Y N F R A T IO N匪圆 ＆ 0 H 1 0 M 一 ■ 一 巴 誓 l 叠■ l-叠 岩。 粉砂质板岩、 大理岩蚀变特征有 硅化、 绿帘石化、 轻度矽卡岩 化 ， 与矿体接触界线清晰。 闪长岩主要蚀变特征有 绿帘石化、 碳 酸盐化、 绿泥石化 ， 与矿体接触界线模糊， 渐变过渡。 顶底板围岩的矿化特征， 是程度不同的黄铁矿化， 偶见黄铜矿 化 。 3 矿体内夹石种类、 蚀变特征及对矿体完整性的影响程度。 只P b - Z n 1 矿体N I 1 1 4 勘探线剖面和P b Z n 3 矿体N VI O 勘探 线剖面有夹石产出， 其它各矿体、 各剖面线均没有夹石存在， 易于 对 比 。 夹石种类有 绿帘石化蚀变岩、 绿帘石化粉砂质板岩。 前者蚀 变特征为 绿帘石化、 硅化 碳酸盐化、 矽卡岩化均较强烈， 近于矽 卡岩程度。 后者以绿帘石化和硅化为主， 伴有一定的碳酸盐化。 总 体矿化特征是伴有程度不同的黄铁矿化、 黄铜矿化、 铅锌矿化等。 与矿体界线基本清晰。 由于规模较小， 对矿体的连接对比及完整 性均影响不大。 4 ． 2矽卡岩型透镜状矿体围岩和夹石 主要表现在P b - Z n 2 、 P b -Z n 4 、 P b -Z n 5 矿体。 1 顶板种类、 蚀变特征及与矿体的接触关系。 矿体顶板种类有 碎裂状大理岩、 绿帘石化粉砂质板岩。 前者以 硅化、 绿帘石化为主， 后者以绿帘石化、 硅化、 碳酸盐化、 弱矽卡岩化 为主。 都伴有程度不同的黄铁矿化。 与矿体的接触关系基本清晰。 2 底板种类、 蚀变特征及与矿体的接触关系。 矿体底板种类有 粉砂质板岩、 大理岩、 矽卡岩、 闪长岩等。 粉 砂质板岩、 大理岩蚀变特征以硅化、 绿帘石化为主， 伴有轻度矽卡 岩化和碳酸盐化。 闪长岩则具有强烈绿帘石化、 碳酸盐化和矽卡岩 化。 矽卡岩是具有强烈绿帘石化、 碳酸盐化、 矽卡岩化之蚀变岩。 顶、 底板围岩的矿化特征是具有程度不同的黄铁矿化和黄铜 矿化， 与矿体界线基本清晰， 矿体中没有夹石存在。 5 矿床成因及找矿标志 5 ． 1矿床成因及成矿模式 在晚古生代， 区内石炭系中统地层形成之后的某一个时期， 地 壳运动剧烈， 形成以F 5 、 F 7 为代表的近东西向压性断裂带， 同时伴 随频繁的岩浆活动， 其中尤以中性岩浆括动为主要特点。 这些中 性岩浆， 沿地壳运动过程中形成的近东西向压性断裂带贯入， 并 在适当的场所滞留下来。 当这些具有相对高温、 高压的熔浆与石 炭系中统碳酸盐地层接触的时候， 势必会产生剧烈的同化、 混染、 重熔和交代作用， 随着时间的推移， 慢慢地 相对而言 冷凝下来。 到了中、 后期， 岩浆冷凝过程中“ 剩余” 下来的大量含有用组分的 汽水热液， 因温度降低和 自重减轻 ， 沿断裂、 裂隙、 原生节理、 层 理， 一切可能运移、 赋存的空间聚集下来， 有用组分得以富集。 这 个总的过程的结果， 一是岩浆与围岩发生成分互换 交代 ， 形成具 有二者共同特点的矽卡岩， 二是中性岩浆本身冷凝后形成具有强 烈绿帘石蚀变的闪长岩， 三是形成程度不同的硅化、 碳酸盐化、 矽 卡岩化蚀变岩 ， 四是有用组分富集达到一定规模而成为矿体， 完 成接触交代一成矿的全过程。 由此判定， 中性岩浆是主要成矿物 质来源， 碳酸盐地层为其提供良好的物化环境。 详查区内 北区 铅 锌矿体集中赋存在F 5 、 F 7 断裂控制的石炭系中统芨芨台子组地层 组成的断裂破碎带内， 宏观上受该破碎带控制， 微观上既受由该 断裂派生的层间小断层控制， 又受接触带附近特定的蚀变岩、 矽 卡岩岩性控制， 这是该矽卡岩型铅锌矿床的基本特征。 5 ． 2找矿标志 1 古生代中、 晚期形成的近东西向规模较大的断裂破碎带。 2 与石炭系中统碳酸盐地层有关的闪长岩体接触带及附近。 3 具有强烈绿帘石化、 碳酸盐化、 硅化、 矽卡岩化蚀变的、 伴有 一 定褐铁矿化、 铅锌矿化、 孔雀召化、 兰铜矿化的蚀变岩和矽卡岩。 参考文献 [ 1 】 黄跃新 ． 内蒙古自治区鄂温克旗重石 山矿区钼矿矿床成矿地 质条件与找矿标志[ J ] ． 硅谷， 2 0 1 0 7 6 ． [ 2 】徐延铭， 卢贺， 何红霞． 内蒙古朝不楞铁多金属矿矿床成因及 找矿标 J 】 ． 科技情报开发与经济， 2 0 1 l ， 2 1 1 2 1 5 4 1 5 7 ． 上 接 3 9 页 4 5 2 0 ． 5 k NI 最大来压时支架阻力为5 2 4 4 ． 0 k N， 最小来压时支架 阻力为5 2 2 4 ． 0k N， 平均来压时支架阻力为5 2 3 4 ． 0 k N, 最大动载 系数为1 ． 1 9 ， 最小动载系数为1 ． 1 2 ， 平均动载系数为1 ． 1 6 } 最大来压 持续长度为1 ． 0 m， 最小来压持续长度为0 ． 5 m， 平均来压持续长度 为0 ． 8 m。 8 8 支架工作阻力所受静载较大， 通过数据统计得到其最大 来压步距为2 8 ． 5 m， 最小来压步距为7 ． 5 m， 平均来压步距为 1 6 ． 7 mI 最大非来压时支架平均阻力为47 0 0 ． 0 K N， 最小非来压时 支架平均阻力为4 4 8 5 ． 0 k N， 平均非来压时支架平均阻力为 4 6 2 8 ． 3 k NI 最大来压时支架阻力为5 2 5 4 ． 0 k N， 最小来压时支架 阻力为5 1 7 2 ． 0 k N， 平均来压时支架阻力为5 2 0 6 ． 3 k N， 最大动载 系数为1 ． 1 5 ， 最小动载系数为1 ． 1 0 ， 平均动载系数为1 ． 1 3 ； 最大来 压持续长度为1 ． 0 m， 最小来压持续长度为0 ． 5 m， 平均来压持续长 度为0 ． 7 m。 3 结语 通过在工作面支架上安装压力表监测支架压力， 根据1 0 、 2 3 、 3 6 、 4 9 、 6 2 、 7 5 、 8 8 支架的压力数据总结出了Y4 8 5 工作面的来压规律。 1 工作面机头部分来压现象不明显， 机头和机尾部分静载较大。 2 i作面初次来压步距最大处为5 3 m， 最小处为2 8 ． 1 m， 平 均为3 2 ． 3 m。 3 5 E 作面周期来压步距最大为4 8 m， 最小为7 ． 5 m， 平均为 2 6 ． 4m 参考文献 【 1 】 钱鸣高， 石平五， 许家林． 矿山压力与岩层控制[ M 】 ． 徐州 中国 矿业大学出版社， 2 0 1 0 ． 2 】中国科学院香山会议办公室． 深部高应力下的资源开采与地 下工程【 J 】 ． 地球科学进展， 2 0 0 2 ， 1 7 2 2 9 5 2 9 8 ． [ 3 】何满潮， 谢和平， 彭苏萍 ， 等． 深部开采岩体力学研究[ J ] ． 岩石 力学与工程学报 ， 2 0 0 5 ， 2 4 1 6 2 8 0 3 - 2 8 1 3 ． [ 4 ]马书明， 吕文玉， 孙丙玉． 深部采场矿山压力理论研究现状及 趋势⋯． 煤炭工程， 2 0 1 0 1 0 8 7 8 9 ． 科技资讯 S C I E N C E ＆ T E C H N O L O G Y I N F O R MA T I O N 4