大倾角综放采场矿压显现规律.pdf

2014年第39卷第5期
能源技术与管理
Vol 39 No5
nergy Technology and Management
ssn
1672-9943.2014.05.001
专论与综述
大倾角综放采场矿压显现规律
李永雷,2,尹建儒3,孙强2,马立强2
(1.晋煤集团赵庄二号井,山西长治046002.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116:3.山东省七五生建煤
矿,山东济宁277606
[摘要]为掌握大倾角综放工作面的矿山压力显现规律,以晋煤集团赵庄二号井1303工作
面为研究背景,采用现场监测的方法,归納总结出复杂地质条件下的大倾角工作面
矿压显现规律。研究表明:エ作面初次来压步距平均为47.6m,初次来压期间支架
平均工作阻力为1400kN;周期来压步距平均为16m,周期来压期间支架平均工作
阻カ为1200kN。归納得出;工作面来压步距和工作面来压强度沿倾斜方向呈不对
称分布,倾斜工作面的底板管理重点在工作面的上端头,而顶板管理重点则在工作
面下端头
[关键词]大倾角;矿压显现;综放开采
中图分类号]TD323[文献标识码]A[文章编号]1672-9943(2014)050001-04
可采储量57.9万t。
0弓
303工作面煤层厚4.6~5.5m,平均厚5.36m
近年来,随着煤层开釆强度的逐渐增大,我国呈现条带结构。煤层普氏硬0.4-1.32,煤的容重为
东部矿区赋存条件好的煤炭资源正日益枯竭,加1.42tim3。媒层大部分块段倾角超过30°,局部倾
之我国西部赋存有大量35以上的大倾角煤层,角超过35°。
50%以上的矿井开采有大倾角煤层,大倾角煤层
煤层顶底板岩性如表1所示。
的开采问题已引起了高度重祝。由于目前大倾
表1煤层顶底板岩性
角煤层开采的发展水平远低于缓倾斜煤层,存在名称厚度m岩性
岩性特征
着一系列没有解决的基本技术难题。因此,研究大
老顶10.70粉砂岩薄及中厚,石英为主、长石次之
倾角煤层的开采方法,特别是岩层控制理论与技直接顶
泥岩
中厚,均匀层理
术成为了非常迫切的课题。而及时准确地掌握煤直接底1.30泥岩
中厚,均匀层理
矿工作面的矿压显现规律,将对工作面顶板灾害
老底2.,22砂质泥岩
中厚,水平纹理
的防治和回采系统安全支护提供有效地指导。
赵庄二号井1303工作面为大倾角综放面,为2工作面矿压显现实测分析
有效控制顶板来压,以实际地质条件为研究背景,2.1矿压监测方案
分不同阶段对回采系统的矿压进行实测和分析,
在工作面及回采巷道安设压力监测仪,连续
掌握了1303综放面的矿压显现规律。
采集测区内各支架的工作阻力变化情况,结合矿
1工作面概况
压显现观测记录得出基本顶的初次来压步距与周
期来压步距并分析顶板来压强度4。
赵庄二号井1303工作面地面标高+954
观测区布置示意图如图1所示。
+965m,工作面标高+488~+526m。工作面走向长
工作面观测内容S?:①液压支架活柱下缩量
594.8m,倾向长145m,工作面面积865434m,②顶底板移近量;③工作面煤壁片帮与顶煤破碎
基金项目:国家自然科学基金(S04030教育部新世纪情况;④)回采过程中支架支护阻力变化;⑤基本顶
优秀人才支持计划(NCET-12-057):江苏省普通高校研初次来压步距和周期来压步距以及来压强度;O
究生科研创新计划(CXZ2130946);新疆维吾尔自治区科工作面超前支承压力及其动态变化;⑦超前支护
技支疆项目(2013911031)
应力范围。
2014年10月
李永雷,等大倾角综放采场矿压显现规律
Feb.2014
工作面端头25m安装1台
5000
4000
初次来压
上:部测区(6“、16°
13031巷
教3000
中部测区
1000
36485062748296108120
时间/h
额定初撑力ー…ー额定T作阻力ー平均工作阻力ー工作阻力
(a)上部测区支架工作阻力曲线
5000
130.32巷
下部测区(86、96)出
初次来压
4000
距工作面端头25m安装1
3000
图1观测点布置
2000
ー-?m?m?-ー
2.2基本顶初次来压特征分析
1000
根据工作面观测期间的支架工作阻力和矿压
122436485062748296108120
宏观显现情况,确定1303工作面顶板初次来压步
时间/h
额定初撑力ー…ー额定工作阻力ーー平均工作阻ガーー工作阻力
距与来压强度。
b)中部测区支架工作阻力曲线
工作面机头推进45.4m,机尾推进45m,平
5000
均推进45.2m。在36~66支架位置,煤壁片帮加400
初次来屋
剧,支架载荷增阻明显,同时工作面涌水量稍有增300
+以
大,可以初步判定老顶开始破断。随后3d时问駅200
里,工作面中部大面积来压,并逐渐向两边扩展,
议100
支架荷载普遍升高,煤壁片帮范围眀显增大。监测
22436485062748296108120
时间/h
支架来压步距及持续时间如表2所示。
额定初撑力ーー额定T作阻力ーー平均工作阻力ーー作阻力
表2监测的支架来压步距及影响时间
()下部测区支架工作阻力曲线
支架号来压步距m动载系数持续时间h
图2工作面初次来压期间支架工作阻力曲线
50.2
54
由图2可知,工作面中部最先来压,上部最后
45.2
来压,且上部来压强度大于下部。煤层开采后,直
46.6
1.26
接顶冒落充填采空区。由于倾角的作用,矸石沿工
45.2
1.50
作面下滑,采空区形成了下端部充填充分、中上部
和上部充填不充分的整体格局。上部采空区顶
45.2
54.2
1.91
板缺少有效支撑结构,在重力的作用下向采空区
1.64
564669
空间运动,达到强度极限时发生断裂,断裂后的岩
45.2
161
梁相互铰接支撑上部的岩层,在下一次顶板来压
平均值
l.57
70.55
之前基本维持稳定。该过程造成支架工作阻力增
从表2可以看出,老顶来压自36-66支架间大,来压持续时间长。
开始,逐渐向机头机尾方向延展,并且逐渐增大。
当工作面推进到基本顶断裂的极限跨距时,
最大来压步距位于76“支架位置,为54.2m,最小基本顶分别在工作面两端和中部发生破断,破断
来压步距位于36°-66“支架位置,为452m,平均回转过程中产生的支承压力主要由煤壁承担,该
来压步距47.6m;来压动载系数在1.26~1.91之过程导致煤壁片帮。随着基夲顶的进一步回转下
间,平均1.57,来压明显但不强烈;老顶初次来压沉,支柱流量增大,工作阻力急剧上升
持续时间平均为70.55b,约3d时间,支架载荷跟2.3基本顶周期来压