极软弱煤层大采高综采工作面矿压显现规律及其控制
大采高综放工作面辅助切眼巷道矿压显现规律研究
形严重 ， 维护难度大 。通过现场实测 ， 总结 了巷 道收敛 变形规 律 ， 为采取 有效 的维护方 式提供 了参数 和依
据。
关键 词 ： 大采 高综放 ； 辅助切 眼； 巷道变形规律
中 图分 类 号 ：Ｄ ２ Ｔ ３６ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０５ ２ ９ （０ ８ ０ — ００ ０ １０ — ７ ８ ２０ ）９ ０ ２ — ３
眼布 置 ） 在采 动全 程 影 响下 巷 道 变 形 规 律 方 面 的研
一
放 ” 放煤 步距 ０８ｍ。工 作 面 中部 及 机 头采 用 液 ， ．
究很 少 ， 文章 拟在 这方 面 进行初 步 的探 索研 究 。
１ 地质和生产概况
压支架进行支护 ， 机尾采用单体液压支柱配合木垛 维 护 。上下 两巷 分 别 采用 一 梁 两 柱 和 一 梁 三柱 （ 单
Ｋｅ ｙｗｏｒ ｄｓ： ｉ ｎｇｈｅ ｇ ｕ ｌ ｍ ｅ ｈａ ｚ ｄ ｃ ａ ｎ ｉ ｇ ｃ ｖｎｇ ｒｏ ； ｕｘｌａ ｙ ｏ ｅ ｏ ｕｔ ｄ ｉ ｅｏ ｍ ａｉｎ ｒ ｌ ｍ ｎｉ ｉｈｔｆ ｌｙ－ ｃ ｎｉｅ ｏ ｌｗｉ ｎ ｎ ａ ｉ ｏ ｆ ａ ｉｉｒ ｐ ｎ－ｆ ｃ ； ｒｆ ｄ ｆｒ ｔ ｅ ｔ ｏ ｏ
例析浅埋深大采高工作面矿压显现的规律
例析浅埋深大采高工作面矿压显现的规律随着社会的不断进步，经济的发展速度不断加快，经济发展中对于能源和资源的需求也在与日俱增。
在我国的西部地区，蕴藏着丰富的浅埋煤层，赋存条件好，煤层厚度大，从开采效率和开采质量考虑，多采用大采高一次采全高的方法。
受浅埋煤层特殊顶板结构的影响，大采高工作面的矿压显现以及控制等都有着显著的特点，需要引起煤矿工作人员的重视。
1关于矿压矿压，是指在矿体开采过程中，引发的围岩移运动对于支架围岩所产生的作用力。
矿体开采后，会在地层中形成地下空间，破坏岩体的原始应力，导致岩体应力的重新分布，这个过程会一直持续到岩体内部形成新的应力平衡。
在应力重新分布的过程中，会对围岩产生影响，导致围岩变形、移动和破坏，从而对工作面、巷道等产生相应的压力。
矿压的存在和显现，会造成煤岩体的移动和破坏，造成设备、井巷的破坏，甚至造成人员的伤亡，严重影响煤矿开采工作的安全稳定进行。
因此，在煤矿开采过程中，需要对矿压的显现规律观测和分析，切实做好控制工作。
2浅埋深大采高工作面矿压显现规律的观测和分析现以陕西神府煤田中的三道沟煤矿85203工作面为例，对浅埋深大采高工作面的矿压显现规律进行分析和研究。
2.1工作面概况85203工作面位于府谷县三道沟井田，工作面位于三道沟煤矿5-2煤辅运大巷北侧，工作面煤层厚度煤层厚度6.05～6.65m，平均6.19m，地面标高1200.2～1335.7m，工作面标高1084.4～1129.5，覆盖层厚度69～188m，属于浅埋深厚煤层，工作面内煤层地质构造简单，层内发育缓的波状起伏。
工作面长度295m，采用倾斜长壁、后退式综合机械化采煤方法，全部垮落法管理顶板。
2.2矿压观测目标为摸清85203工作面矿压规律及所选液压支架的适应性，需分析工作面顶板的活动规律及矿压显现特征，评价支架对工作面顶板运动的适应性，为工作面顶板管理、支护强度的确定提供科学依据。
其目标有两个：其一，在85203工作面特定的生产技术和地质条件下，掌握工作面上覆岩层运动规律，分析支护参数和顶板管理措施的合理性。
软岩含水层下综放工作面的矿压显现规律及其控制
《 萦古煤炭经济》 内
2007 年第 4 期
软 含 层综 工 面 矿 显规 及 M 岩 水 下放 作 的 压现 律 其 i l
高 华. 王宝玉
(扎资诺尔煤业公司 铁北煤矿， 蒙古 呼伦贝 021 内 尔 412)
. 要: 论述 了软岩含水层下综放工作面的矿压显现规律， 出了软岩含水层下综 放工作面顶板控制的 办法， 指 以及缘
的载荷 为额定工作阻力的 101%， 并且液 压支架的
由 观测可知， 工作面 直接顶煤垮落步 距为8m, 垮落高度3m， 分次垮落， 分层 垮落期间平均液压 支 架 载荷为5660KN/ 架， 为额定工作阻力的 101%, 老 顶来压强度大， 老顶来压步 距为， 20m. .6(3) 移架后增阻 速度快， 增阻时间一般为 108
速度密切相关， 作面推进速度较 当工 快或 放煤量较 少时， 接顶煤垮落不充 老顶的断裂相对迟 直 分、 缓，
来压步距增大; 反之， 来压步距 减小。
(1)放顶 煤工作面来压明 来压时有大量的 显， 片帮 现象， 片帮深 度较普通综采面 0. 4- 0. 5m. 深 (2 )放顶煤工作面液压支架载荷大。平均为 4780KN， 较普通综采面高 20 %， 来压时液压支架
进行分 析研 究。
该面采用走向 长壁后退式采 煤方法， 综合机械 化放顶煤回采工艺， 采煤机采煤高度为 3 .0 3 .2m， 放煤高度为 1. 5. 3m 采放比为 1:0. 5- 1: 1。采煤机型号为 MG300/755 一 型电 WD 牵引采 煤机， 斜切式进刀， 端部 双向割煤 往返一次进两刀; 工作面使用前、 后两部刮板输送机， 其型号分别为 SGZ 一 764/500, SGZ 一 730/ 500;工作面下的运输 巷道使用 SZZ- 764/250 型转载机、 - 1080/ DSP 1000 型胶带输送机将煤运出工作面;工作面上端 头采用 ZT19200/ 20/33 型端头液压支架支护， 工 作面两 端各采用 3 台 ZG 5800/22/ 33 型过渡液压 支 架和中部 105 台 ZF5600/20/34 型综放液压支 架 相配 合。 主 要工艺流程:割煤 移 ~ 架，推前部刮板 输送
工作面矿压显现规律研究
工作面。一般而言， 采高加大时， 工作面顶板压力随之增大 ， 煤壁前方 场顶底板围岩。来压时支架载荷达到或略超过额定值 ３ １ ． ３ ＭＰ ａ ， 因此 支承压力集 中程度也随２ ＿ Ｎ大 ， 导致工作面煤壁片帮和冒顶 ， 工作面 对 ４ ２ ０ ２ １ 面来说 ， 来压时支架的工作阻力富裕不多。 矿压显现明显。加强顶板压观测 ， 分析大采高工作面矿压特征及规律 ４ 工作 面支 架受 力特 点分析 ４ ． １ 老顶初次来压期间 ， 机头一 中部一 机尾支架平均压力相差不大 ， 在 十分必要。
民营 科技 ２ ０ １ ４ 年第２ 期
ห้องสมุดไป่ตู้工程 科技
工作 面矿压显现规 律研 究
王保 山
（ 龙 煤 股份 七 台河 分公 司桃 山煤 矿 ， 黑龙 江 七 台河 １ ５ ４ ６ ０ ０ ）
摘
要： 国 内外成功 经验表 明， 大采高Ｘ － 作 面不仅能提 高工作面单产 、 方便巷道布置 、 简化 生产 系统 ， 而且能提 高矿井资源采 出率 ，
综放工作面采高加大以后顶板岩层垮落后难 以充满采空区 ， 将 动载系数为 Ｉ ． ２ ２ １ ． ４ ３之间， 平均 １ ． ３ ５ 。支架平时载荷平均 ２ ４ ． ９ ＭＰ ａ ， 导致上覆岩层中形成结构的岩层位置及其运动规律都发生了变化 ， 尤 未达到支架的额定泵站压力， 故可认为应该加强工作面支架升架操作 以保证支架的接顶效果和承载有力 ， 使更有效地控制采 其是采高大于 ３ ． ５ ｍ以后 ， 这种规律将显著不同于采高在 ３ ． ５ ｍ以下的 的规范管理 ，
境条件下对综采支架的工作状态 自动监测和分析 。 Ｔ作面共设置 ６ 个 ６ ３ ２ ２ ｋ Ｎ， 因此 ， 来压显现强度大小依次为机尾＞ 机头＞ 中部。 可以看出， 支架工作阻力监测站， 共 ６台矿用数字压力计 ， 分别布设在工作面 ８ 机尾来压反而较机头强烈 ， 这主要因为在监测时间内， 机头位置处于 受构造应力影响较大 ， 应力集 中也较高。 而非周期来 号， ２ ８ 号， ４ ８ 号， ６ ８号， ９ ２号和 １ １ ２ 号支架处 ， 每个测站分别在支架左 褶曲构造的中部 ， １ ８ ０ ｋ Ｎ，中部为 ６ ５ ５ ６ ｋ Ｎ ，机尾 为 右立柱高压腔安装 １ 台矿用数字压力计， 能显示和记录观测支架左右 压期 问 ，机头平均工作 阻力为 ７ 立柱工作压力。 工作面推进过程中支架工作阻力值连续 自动记录在矿 ７ ８ ８ ７ ｋ Ｎ，均不高，并且中部较机头与机尾大 ，动载系数分别为机头 用数字压力计中， 隔２ ３ ｄ取一次读数， 地面及时整理压力数值。 １ ＿ ３ １ ， 中部 １ ． １ ２ ， 机尾 １ ． Ｏ ５ ， 动载系数较小， 来压强度不大 ， 来压不 明显。 ２ 工作 面矿 压显 现规 律 实测分 析 从支架工作阻力分布来看 ， 周期来压期间， 支架工作阻力呈正态规律 机头多以 ８ ０ ０ ０ ． － － １ ０ ０ ０ ０ ｋ Ｎ为主， 约占４ ２ ． １ ％， 相 当于额定ｌ Ｔ作阻 工作 面顶板来压情况主要是通过支架 的＿ Ｔ作阻力来判断。回采 分布 ，
大采高综采工作面矿压显现规律数值模拟研究
大采高综采工作面矿压显现规律数值模拟研究
在煤矿开采中，大采高综采工作面的矿压问题一直是矿山安全和生产的重要难题。
随
着现代化科技手段的不断发展，数值模拟技术在煤矿工程中的应用日益广泛。
本文以大采
高综采工作面为研究对象，通过有限元数值模拟分析，探讨了在不同采高和开采区域内不
同地质条件下，工作面矿压特征和变化规律。
首先，本文建立了大采高综采工作面的有限元数值模型，其中包括采场，煤柱，顶板，底板等结构要素。
采用ABAQUS有限元软件对矿压进行仿真计算。
通过对实际工程资料和地质勘探资料的分析，确定了不同采高条件和地质条件下工作面的模拟参数。
其次，本文将模型分为三个区域进行分析，即前密后松区，前松后紧区和整体松散带区。
结果表明，当采高较低时，煤柱较为完整，前密后松区的矿体受到顶板和底板的约束，产生较小的矿压；当采高增大时，煤柱受到拉伸应力，前密后松区形成了稳定的凝聚带，
但该带存在倾向裂隙和失稳现象，矿压明显增大，并在后松前紧区形成潜在破坏区；在整
体松散带区，煤体失稳严重，出现滑动面和冒顶现象。
最后，本文分析了采高和地质条件对矿压变化的影响，结果发现，采高越大，矿压也
越大；岩性较脆弱的区域，矿压也较大。
因此，在实际工程中应该采取相应的支护和加强
措施，以减小矿压对采煤机和煤矿工人的危害。
总之，本文利用有限元数值模拟技术，对大采高综采工作面的矿压特征和变化规律进
行了深入探讨，为煤矿安全生产提供了理论基础和技术支持。
大采高综采工作面矿压显现规律数值模拟研究
大采高综采工作面矿压显现规律数值模拟研究
大采高综采工作面是一种高效、快速、大规模的煤矿开采方法，但由于采用了冒顶技术和大面积剥离，采动压力集中且强度较高，容易引发矿压事故。
为了研究大采高综采工作面的矿压显现规律，需要进行数值模拟研究。
本文通过建立大采高综采工作面的数值模型，采用离散元法进行模拟计算，分析了工作面矿压的显现规律。
模型中考虑了煤层的强度、采动过程中的围岩变形及破坏、支护措施的刚度等因素，并对不同条件下的矿压进行了对比分析。
研究结果表明，大采高综采工作面的矿压主要表现为两个阶段的演化过程。
在初始采动阶段，工作面后方的岩层由于煤层的剥离和突距的形成而出现向上滑动的趋势，形成了一个滑动区域；随着开采的继续，滑动区域进一步发展，煤柱逐渐缩小，发生了大规模的破坏，岩层的翻倒和塌陷引发了巨大的矿压。
矿压的大小还与采动速度、采动厚度等因素有关。
采动速度越快，工作面后方的滑动区域越大，煤柱缩小的速度越快，矿压越大；采动厚度越大，煤柱受力面积越大，矿压越大。
在实际生产中，应合理控制采动速度和采动厚度，防止矿压事故的发生。
支护措施的刚度对矿压的影响也很大。
支护刚度越大，能够有效地限制工作面煤体的变形和破坏，减小矿压的大小。
应采用高刚度的支护材料，并增加支护的密度，提高工作面的稳定性。
通过数值模拟研究，可以分析大采高综采工作面的矿压显现规律，为实际生产中的安全生产提供科学依据。
但需要注意的是，数值模拟结果只是对实际情况的近似描述，不能完全代替实际观测和实验验证。
在工作面的设计和施工中，还需要结合实际情况进行综合分析和判断。
第四章 采场矿山压力显现基本规律
1、顶板压力估算常用方法1、经验估算法按照支架承受载荷的原则，可将工作面支架受力情况简化为如图所示。
即支架受力一是直接顶的载荷，二是老顶通过直接顶作用于支架的载荷。
其中，2、 从老顶形成结构的平衡关系估算此种估算法认为直接顶的载荷应由支架全部承受，而老顶岩层由于能形成结构，因此支架所承受的载荷仅是当老顶岩层结构失稳时所形成。
失稳的方式有两种，其一是滑落失稳，其二是变形失稳。
（1） 从老顶结构的滑落失稳估算顶板压力根据老顶的平衡规律，控制老顶滑落失稳时，作用于支架上的力为;，kN式中：——岩块A与B的重量及其载荷，kN；L i0——相当于B岩块（悬露的岩块）的长度，m；Q i0——相当于B岩块的重量及载荷，kN；H——老顶岩层厚度，m；δ——B岩块的下沉量，m；、——岩块的破断角与内摩擦角，（°）。
（2）由老顶破断岩块结构的变形失稳估算顶板压力很多学者认为，老顶的位移量与对支架形成的载荷呈双曲线关系，因而提出p与的乘积是常数的概念。
为此，老顶对支架的作用载荷为式中：Δh0——实测所得回采工作面顶板下沉量；Δh i——要求控制的回采工作面顶板下沉量；K0——顶板下沉量为Δh0时，老顶岩梁在控顶距范围内的作用力。
式中：m E为老顶岩梁厚度；γE为老顶岩梁的体积力；L E为老顶岩梁的跨度；L为控顶距；K T为支架承担岩梁重量的系数。
3、威尔逊估算法估算顶板压力时只考虑直接顶的形状与载荷，因为载荷作用力的位置与支架可能形成的最大反力的作用位置不一定一致，所以引入由于支架与围岩相互平衡而产生的附加力的概念。
式中：Q1、Q3、P——直接顶载荷、附加力、顶板压力；l P、l、r——直接顶载荷、附加力、顶板压力的力臂。
2、试述影响矿山压力显现的主要因素①煤层采高及回采工作面控顶距。
在一定的地质条件下，回采工作面顶板下沉量与采高及控顶距成正比。
采高越大，采出的空间越大，必然导致采场上覆岩层破坏越严重，从而矿山压力显现越严重；采高越低，顶板活动越缓和，煤壁也较为稳定。
极软特厚煤层轻放开采矿压显现规律
文章编号：１００３－５９２３（２００４）０１－００５１－０３极软特厚煤层轻放开采矿压显现规律赵奇，杜长胜（淮北矿业集团有限责任公司，安徽淮北２３５００６）摘 要：通过对朱仙庄矿轻放开采的实践和理论研究，本文重点分析了极软、松散、特厚煤层轻放开采的矿压显现规律，介绍了该煤层赋存条件下轻放开采的关键性技术。
关键词：极软；松散煤层；轻放；矿压规律；关键技术中图分类号：ＴＤ３２３ 文献标识码：Ｂ 淮北矿区位于安徽省北部，新华夏系（ＮＮＥ）和东西向构造的复合部位。
矿区地质条件复杂、煤层极软、顶底板软、瓦斯含量高且有突出危险、煤层易燃、地质构造多、可用于连续开采的块段小、地应力高等，１９９８年以前，对于厚及特厚煤层一直采用分层开采方法，工人劳动强度大、安全条件差、生产效率低、经济效果不好，严重制约了淮北矿区的经济发展。
１９９８年在朱仙庄煤矿８２８－３面进行了网格迈步式支架放顶煤试验，而后进行了ＺＦ２４００／１６／２４ＢＦ轻型支架综采放顶煤，基本摸清了极软、松散、特厚煤层轻放开采的矿压显现规律和关键性技术，为今后的安全、高效、经济开采奠定了基础。
1 开采条件1．1 煤层赋存条件朱仙庄煤矿开采淮北矿区宿东煤田，矿井煤层赋存复杂。
含煤１８～２５层，最多可达３４层。
其中可采６层，主采煤层为８煤，占矿井可采储量的７８％，煤层光泽暗淡，鳞片状块状结构，煤层内有２～３层０．１～０．３ｍ厚的泥岩夹层，煤的硬度系数f ≤０．５；１０煤、７煤为大部分可采，６煤、９煤、３煤为局部可采。
８煤层瓦斯含量高且有突出危险，煤的自然发火期２．５个月，属Ⅰ级自燃发火矿井。
８煤厚７～１３ｍ，两极厚１．７～２８．０７ｍ，平均厚９．９８ｍ，属稳定煤层。
顶板：伪顶为深灰色泥岩，厚０．５～１．２ｍ；直接顶为深灰色砂质泥岩，块状构造，厚３～５ｍ；老顶为中粗砂岩，性硬，厚８～１０ｍ。
底板：直接底为深灰色泥岩，厚１～１．２ｍ；老底为灰色砂泥岩互层，中薄层状，性硬，厚６～９ｍ。
综采工作面矿山压力显现规律分析
随着我 国对煤炭需求 量的不断增加 ， 综采工艺也不 断完善 ， 同时对 于综采 工作 面矿 山压力规律 的研 究也在不 断进行 ， 许 多学者都进 行 了 大量综采工作 面相关 的研究 ， 郭周克” 为提高薄煤层 资源采 出率和开采 效率， 采用理论分 析和工业试验 的方法 ， 对薄煤层 综采 自动化 配套装 备 开采技术进行研究分析 ， 研制 了适应于薄煤层的综采液压 支架 、 采 煤机 和刮板输送 机 ； 夏艳华 为研究 大采高长工作 面地表移 动变形规律 ， 采 用数 值模拟 、 理论分析 及现场实测 的方法分析 大采高工 作面长度变 化 时对 地表移 动变形规律 的影响 ， 得 到大采高工 作面覆岩 压力平衡拱 达 到极 限状态 而发生失稳破 坏的临界 条件和地 表移 动变形特 征参数 ； 左 建平等 为得到厚煤层大采高综 放开采煤岩体 冒落规律 ， 采用改进 的非 连续变形数值 模拟分析软件研究 不同回采阶段大采高综放开采工作 面 的应力 场及 煤岩体运移规律 ； 李龙生 等 为有效预防综采放顶煤工作 面 过特 大断层 时造成的采 出率低 、 采掘衔 接矛盾等问题 ， 对厚煤层综放工 作面过 特大断层技术实践进行探讨 ； 尹 希文 等 针 对浅埋深综放工作 面 矿压显 现剧烈 、 安 全阀开启频繁 的问题 ， 对平朔 井工三矿 ３ ９ １ ０ ７ 浅埋深 综放工作 面支架工作状况进行分析研究 ； 李建 民等［ ６ １ 简述 了我 国煤炭综 采技术发展历 程 ， 在介绍 当前我 国有代表性 的液压支架 、 采煤机输送机 等先进 现代化综采 设备 的基础 上 ， 总结 了我 国在 薄煤 层 、 中厚煤 层 、 充 填开采 以及复 杂地 质条件下的综采工艺和应用情况 ； 刘见 中等 为 了提 高煤炭 资源开发利 用水平 ， 以实现煤炭 资源的科学 开采和科学 产能为 目标 ， 系统分析 了我国煤矿在 资源利用安 全生产生态 环境职业 危害等 方面存 在的问题 。基 于此 ， 笔者针对 某矿 ２ ３ ０ １ 综采工作 面矿山压力进 行研究 ， 以期达到矿井安全高效 回采 的 目的。
深部矿井综采工作面矿压显现规律及控制
深部矿井综采工作面矿压显现规律及控制高争(平顶山工业职业技术学院，河南 平顶山 467012)摘要：本文主要针对深部矿井中老顶岩层厚、应力高以及煤层易自燃等情况，采用现场观测及矿压监测设备进行了深入监测，并通过分析采场来压，支架受力以及工作阻力等对综采工作面的矿压规律显现进行归纳分析，对顶板的初次来压与周期来压强度进行了确定。
最后从巷道布置优化与巷道支护改进两个方面对矿压的控制进行了讨论。
关键词：深部矿井；综采工作面；矿压显现规律；控制策略0 引言在我国的煤炭开采中，随着开采深度的加深，矿山压力的显现也愈来愈明显。
如何对矿压的显现规律进行准确分析，并由此制定有效的控制策略是我国煤矿企业普遍关注的问题。
目前，对于矿压显现规律的认识主要是通过实测的方式进行，但由于该测量方法非常容易受到周围地形条件的影响[1]。
本文在分析过程中，通过结合综采工作面的实际情况，对矿压观测的方法进行了详细分析，并对顶板的来压规律进行了实测分析。
在此基础上，通过对巷道的布置进行优化，使其尽量避开煤柱的集中应力、构造集中应力及采动应力，同时，对于传统的巷道支护形式进行了改进，使其既能够加固围岩，又能够增加支护力，从而对矿压起到了较好的控制效果。
1 综采工作面概况本综采工作面是西侧为采区的下山保护煤柱，东侧为井田边界的保护煤柱，北部为综采的工作面，南侧为未采的综放工作面。
综采工作面的走向长度为1356m，可开采长度为1245m。
整个工作面的倾宽度为188m，表面标高为+510-+524m，煤层的顶板高程为-295- -336m。
该煤层为中侏罗统义马组2-2煤，煤种则为低变质的长焰煤，走向111°-136°，倾向度201°-228°，而倾角为10°-17°，平均为11°。
该区域煤层厚度为6.6-9.8m，平均厚度为6.8m。
煤层的结构较为复杂，其中下部含有夹矸0-5层，每层厚度为0.1-0.3m，为不稳定煤层。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
极软弱煤层大采高综采工作面矿压显现规律及其控制摘要:长平公司3#煤层极软,采用大采高综采技术后煤壁片帮严重,为掌握长平公司首个大采高综采工作面矿压显现规律,通过现场实测研究了工作面老顶来压基本情况,煤壁片帮影响因素及超前支撑应力分布规律,得出了直接顶初次垮落、老顶的初次来压和周期来压步距,来压时的影响范围及其控制措施和超前支撑应力影响范围。
针对来压时煤壁片帮严重,提出了控制措施,为安全生产提供了保障,同时也为以后大采高工作面矿压管理提供了科学依据。
关键词:大采高矿压规律软弱煤层片帮
大采高综采技术具有工作面产量和效率高,搬迁快,搬迁次数少等优点,因此,它是煤炭企业高产高效工作面未来发展的一个趋势。
但由于采高加大后,垮落带高度随采高的增大而增加,因此,大采高综采工作面老顶来压更为剧烈,局部冒顶和煤壁片帮更为严重[1]。
长平公司4303综采工作面是该公司首个大采高综采工作面,主采3#煤层,煤层单轴抗压强度4.81MPa,煤层内部节理裂隙非常发育,因此,工作面回采过程中矿压显现明显,尤其是煤壁片帮严重。
为深入掌握长平公司特殊地质条件下大采高综采工作面矿压显现规律,以指导和管理后续大采高综采工作面正常回采,进行了4303大采高综采工作面的矿压显现规律实测。
1 工作面概况
长平公司4303大采高综采工作面主采3#煤层,煤层倾角5°～16°,平均10°,煤层平均厚度5.86 m,煤层节理裂隙非常发育,煤层普适系数f=0.48。
直接顶为砂质泥岩,厚度平均为4.85 m,黑色,局部有裂隙、松软;老顶为细粒砂岩,厚度为平均为11.23 m,灰白色,具有波状层理;直接底为砂质泥岩,厚度平均为7.48 m,灰黑色,中间夹有砂岩;老底为细粒砂岩,平均厚度2.62 m,灰色,质地坚硬。
工作面沿煤层走向推进,工作面长度225m,采用四巷布置方式:四盘曲北翼泄水巷供进风、排水用,4205巷供进风、运煤、供水、排水用,4206巷供进风、供电、供液、供水、运料、排水用,4209巷供回风、排水用。
工作面采用德国艾柯夫公司的SL500双滚筒采煤机、SGZ1000/1710刮板机、SZZ1200/375转载机、DSJ1400/250/3×400皮带机、PCM375型锤式破碎机,从工作面机头到机尾分别布置ZYT12000/28/62型排头架4架,ZYGT12000/28/62型过渡架2架,ZY12000/28/62型中间架119架,ZYGT12000/28/62型过渡架2架,ZYT12000/28/62型排尾架3架,共计130架。
2 工作面矿压显现理论分析
2.1 工作面直接顶初次垮落计算
根据4303工作面顶板上覆岩层柱状图,把工作面煤层之上岩层分为14层,其中第4层为2#煤层,第14层为K8细粒砂岩直达地表,其范
围包括整个上石盒子组、第四系、中上更新统和全新统冲积层。
分析认为,3#煤层上覆岩层中,关键层为第2层和第12层,其第2层为3#煤层老顶,为亚关键层,第12层为主关键层。
工作面在回采过程中,对回采有直接影响的主要是第1层(直接顶)、第2层(老顶),其中1层为砂质泥岩,2层位细粒砂岩,其岩石力学性能特性如表1所示。
煤层开采后,将首先引起直接顶的垮落,回采工作从开切眼开始向前推进,直接顶悬露面积增大,当达到其极限跨距时开始垮落,直接顶第一次大面积垮落称为直接顶初次垮落。
直接顶垮落步距可采用梁垮落时的固支极限抗拉模式:
2.2 工作面老顶初次断裂计算
老顶到达初次断裂时的跨距称为极限跨距,也称为初次断裂步距,掌握老顶的初次断裂步距,对采场顶板的来压预测预报、岩层移动的计算与控制具有重要作用。
III4303工作面为首采工作面,计算中可以简化为四边固支的模式,本次计算采用梁式断裂理论,计算老顶断裂的极限跨距。
根据材料力学理论,当时,即岩层在该处的正应力达到该处的抗拉强度极限,岩层将在该处断裂,其极限跨距公式为:
3 工作面矿压显现规律及其控制实测技术
3.1 观测目的
观测工作面支架工作阻力随工作面推进的变化,得出工作面初次来压步距与周期来压步距,并分析顶板来压强度。
3.2 观测内容与方法
采用液压支架压力记录仪(KBJ-60Ⅲ矿用数字压力计分机),在工作面设立上、中、下三个测区,9条观测线,上测区11#、12#、13#支架(4205巷侧),中测区64#、65#、66#支架,下测区117#、118#、119#支架(4206巷侧),每个支架安设一台压力记录仪,实时监测支架左、右立柱的工作载荷;工作面在回采中,为了充分观测支架阻力状态,分别在30#、47#、83#、100#支架增设支架阻力仪。
数据采集使用红外线矿用数据采集仪,观测频率:每天采集一次数据。
3.3 工作面实测来压规律
(1)直接顶初次垮落。
由于4303工作面机头、机尾推进速度的差异性,直接顶初次垮落
呈现阶段性。
2009年8月23日工作面机尾处直接顶开始垮落,垮落步距22.2 m,之后垮落范围向中部发展,8月30日,直接顶垮落范围波及整个工作面。
由于回采期间机尾推进速度较机头快,工作面直接顶的开始垮落时间相差5 d,持续时间相差32 h,但垮落步距基本稳定在18 m～22 m之间,平均垮落步距为20 m。
(2)老顶初次来压。
工作面老顶初次来压步距范围为32 m～48 m,平均40 m。
初次来压影响范围在8 m左右,持续时间约48 h。
老顶初次来压开始于工作面中部,之后向工作面下部、上部发展。
来压期间支架平均工作阻力为9724 kN。
(3)周期来压。
工作面周期来压受工作面采高、推进速度、工作面宽度、顶板条件以及上覆基岩厚度等条件的影响,随着条件改变,周期来压步距也相应发生改变。
根据长平矿实际开采条件,工作面推进到距开切眼200 m 范围内,工作面上部周期来压11次,中部来压12次,下部来压13次,其中工作面上部、下部来压不明显,工作面中部来压比较明显。
工作面来压步距范围为18 m～25 m,平均来压步距22 m。
来压时工作面支架平均工作阻力为8432 kN,非来压期间为5942 kN,动载系数为1.35。
4 结论
通过对长平公司4303大采高综采工作面矿压显现的理论和实测,可以得出如下结论:直接顶的初次直接顶的垮落步距基本稳定在18 m～22 m之间,平均垮落步距为20 m;老顶初次来压范围在32 m～48 m之间,平均为40 m;老顶周期来压步距平均为22 m,来压期间动载系数在1.35左右。
参考文献
[1]钱鸣高.矿山压力与岩层控制[M].中国矿业大学出版社,2003(10).。