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1、缓倾斜厚煤层综放工作面矿压显现规律研究 温兴林 1 ,常西坤 1 ,李法柱 2 ,王根盛 2 (1. 山东科技大学矿山灾害预防控制重点实验室, 山东 青岛 266510; 2.淄博矿业集团葛亭煤矿, 山东 济宁市 272173) 摘 要:通过对葛亭煤矿2310综放工作面矿山压力进行综合分析和研究,探讨了该工作 面的矿压显现规律,对于了解综放工作面的矿压规律、 合理确定支架的工作阻力和结构型 式具有一定的借鉴作用。 关键词:缓倾斜;厚煤层;综放工作面;矿压显现 1 概 述 淄博矿业集团葛亭煤矿2310综放工作面位于 230东翼采区南部,北以230东翼胶带上山为界,东 至2312工作面,南到F13
2、断层,西为2308工作面,工 作面东北部正在施工230东翼轨道上山顶车场和 2304轨道顺槽,周围均为未采区,是230东翼采区 的第一个回采综放工作面,开采深度470 m,工作面 斜长145 m。该面开采山西组3煤层,煤层厚度 6. 208. 50 m,平均7. 59 m,煤层走向80,倾向 170,倾角8 25,平均15 。煤层基本顶为中砂 岩,厚度17. 91 m,直接顶为砂质泥岩,岩石破碎,平 均厚度2. 75 m,直接底为砂质泥岩,局部为砂岩,厚 1. 36 m,老底为细砂岩,厚4. 60 m。 巷道断面均为矩形,用锚网索联合支护。超前 支护距离回风巷不少于40 m,运输巷不少于20
3、m, 轨道、 皮带顺槽采用单体液压支柱配合铰接顶梁的 超前支护方式。工作面配置95架ZF4200 /16 /26型 低位放顶煤液压支架,上、 下端头选用ZFG4200 /16 / 26型过渡支架5架(上端头3架,下端头2架 ) , 共 计100架。 采用倾斜长壁后退式综采放顶煤采煤法,采高 2. 4 m,割煤深度0. 6 m,液压支架尾梁插板伸缩、 摆 动放顶煤,放煤高度5. 19 m,采放比为12. 16。 2 矿压观测方法 根据2310工作面采矿地质条件并结合以往开 采的经验,选定与煤壁始终保持等距离的固定测点 分别为4, 8, 12和16 m点。工作面共设上、 中、 下3 个测站,测站
4、、 、 分别对应于第8 # , 51 # , 94 #支 架(见图 1) 。用圆图压力自记仪测出前后左右支柱 的初撑力和工作阻力;用钢卷尺、 钢直尺分别测出煤 壁片帮深度和支架活柱压缩量。 图1 工作面测站布置 3 矿压观测结果分析 3. 1 直接顶跨落 根据现场实际观测,直接顶初次垮落先从工作 面中部开始,然后上部、 下部顺序垮落,垮落步距约 为2025 m,平均为22 m。从图2中可看出,当工 作面推进到25 m时,顶底板移近速度有一个小峰 值,表明此时工作面直接顶开始跨落。 图2 动态仪皮带巷( 050 m)观测结果 3. 2 老顶的运动规律 6月11日中午12时,皮带巷煤壁前方4, 8
5、 m 点处顶底板移近速度出现大幅度上升,先是4 m点, 最大达9. 10 mm /h,随后8 m点,移动量达6. 64 ISSN 1671 - 2900 CN 43 - 1347/TD 采矿技术 第6卷 第3期 Mining Technology, Vol . 6,No. 3 2006年9月 Sep. 2006 mm /h,随后12 m点也略有上升,但上升量比较小, 到12日8时达到峰值;而8 m点(此时工作面掘进 距离为40 m)随后移动速度降低又反弹;到13号早 班结束时,轨道巷顶板活动规律(即动态仪观测到 的顶底板移动速度与工作面推进距离间的关系)与 皮带巷具有类似情况,都是出现在4,
6、8 m点顶底板 处,这都说明了此时老顶断裂,断裂位置约在工作面 前方48 m处,由此确定老顶的初次来压已经到 来,来压步距为40 m左右。 老顶断裂后,工作面随之来压,根据现场观测工 作面支架压力表的读数大部分达到3. 010 7 Pa以 上,个别达到4. 010 7 Pa,安全阀部分开启,出现了 煤壁片帮,片帮深度达到1. 2 m,顶煤冒落度加大, 来压持续时间12 d。当工作面推进至150 m时轨 道巷和皮带巷分别获得1个初次来压和4个周期来 压(见表 1) 。 表1 轨道巷、 皮带巷周期来压步距 周期来 压次数 轨道巷 工作面( m)来压步距(m) 皮带巷 工作面( m)来压步距(m)
7、初压40. 0-38. 1- 161. 221. 260. 622. 6 285. 424. 284. 123. 25 3108. 022. 6106. 021. 9 4132. 025. 0133. 022. 6 由表1可看出,轨道巷和皮带巷矿压显现规律 基本一致,但从其移动速度峰值来看,皮带巷前150 m范围内其移动速度明显大于轨道巷。当工作面推 进到150 m时,轨道巷周期来压最小为21. 2 m,最 大为25 m,平均为23. 25 m;皮带巷最小为21. 9 m, 最大为26 m,平均为23. 5 m,来压强度大于轨道巷。 3. 3 初撑力分析 合理的初撑力在初撑后,能有效地控制顶板
8、下 沉和冒落,使端面顶板保持完整性,因而初撑力的大 小对支架的支护效果有明显影响。2310工作面实 测初撑力平均2. 7410 7 Pa,是额定初撑力3. 14 10 7 Pa的87. 4% ,可见部分支架的初撑力较低,利用 率较差,对及早发挥支架的支护性能不利。 3. 4 支架前后、 左右柱受力情况 由现场实测结果(见表 2) 可知,左柱和右柱受 力相差不大,而前柱受力要大于后柱,前柱平均载荷 较后柱高出6. 5% ,但后柱载荷波动较大,即非来压 期间,前柱的载荷大于后柱;来压期间,前柱的载荷 小于后柱。 从支架平均工作阻力随工作面推进距离的变化 来看,支架阻力在推进过程中整体平稳,只是在工
9、作 面回采初期阻力整体比较小。当工作面平均推进到 37. 4, 59. 8, 83. 7, 110. 6, 131. 1 m时,支架工作阻力 分别出现了一次相对峰值,支柱平均阻力分别为 3. 99910 7 , 4. 28410 7 , 3. 87010 7 , 4. 19410 7 , 3. 93910 7 Pa,经分析,这几次压力峰值分别对应 老顶初压和周期来压。老顶初次来压和周期来压期 间虽然支架阻力有所增加,但幅度很小,说明老顶来 压不明显,来压时的动载系数比较小,最大仅为1. 19。 表2 支架初撑力及工作阻力统计 测站初撑力 工作阻力测站初撑力 工作阻力 1#23. 527. 94
10、#/5#左/右0. 970. 98 2#24. 228. 65#/6#前/后1. 081. 07 3#22. 726. 37#24. 128. 3 1#/2#左/右0. 970. 988#25. 129. 2 2#/3#前/后1. 061. 099#23. 727. 8 4#26. 131. 17#/8#左/右0. 960. 97 5#26. 831. 88#/9#前/后1. 061. 05 6#24. 829. 7 4 结 论 (1)直接顶分层垮落,初垮步距16. 2 m,老顶 分段来压,初次来压步距平均27. 2 m,周期来压步 距平均16. 3 m。 (2)实测工作面上下巷道超前影响范围
11、18 m 左右,该面上下巷道周围均为未采区,巷道变形量较 小,顶底板的活动强度大于两帮的变形,建议工作面 超前支护25 m。 (3)选用ZF4200 /16 /26型低位放顶煤液压支 架,从架型结构、 支护强度等方面来看,设计合理,适 应该工作面顶板条件,做到了“ 支得住,放得下 ” 。 (4) 2310综放工作面矿压显现规律,对葛亭煤 矿230采区深部煤层的开采,具有重要的指导意义。 参考文献: 1 宋振骐.实用矿山压力控制M .北京:煤炭工业出版 社, 1990. 2 钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制M .北京:煤炭工业出版 社, 1991. 3 宋建国.大采高综采面矿压显现规律研究J .矿山压力与顶 板管理, 2005, (2) : 1921. (收稿日期: 2006 - 05 - 30) 作者简介:温兴林(1966 - ) ,男,山东招远人,副教授,主要 从事特殊开采方面的研究。 013 采矿技术 2006, 6(3)
