1、淺埋煤層綜采工作面礦壓顯現規律研究摘要:為了分析總結淺埋煤層綜采工作面礦壓顯現規律,結合神寧集團梅花井煤礦112201工作面情況,設計合理的淺埋煤層工作面礦壓監測方案。通過112201工作面實測數據整理及分析,結果表明:112201工作面老頂初次來壓步距平均為47m,周期來壓步距約為2030m,平均25m。來壓期間礦山壓力顯現劇烈,工作面壓力呈現明顯的兩頭小、中間大的規律,工作面前方615m范圍為應力峰值區。淺埋煤層開采期間,頂板來壓步距相對較大,相比深埋煤層,來壓期間礦山壓力增大幅度較大,礦壓顯現較劇烈。關鍵詞:淺埋煤層;綜合機械化采煤;礦壓監測;礦壓顯現。1 地質概況112201綜采工作面

2、,煤層發育良好,地質構造簡單,無夾矸,無大的構造,整個煤層呈一單斜構造。煤層穩定,煤層厚度為1.94.08m,平均為3.4m,煤層傾角229°,平均18°,屬緩傾斜傾斜煤層。21319工作面平均走向長4957m,工作面平均長255.7m,埋深平均為110m,基巖層厚度平均為14m,載荷層厚度平均為76m,基載比為0.18,頂板為典型的單一關鍵層淺埋煤層結構。2 工作面監測方案設計2.1 工作面礦壓監測的目的在淺埋煤層工作面開采過程中實施支護質量與頂板動態監測,主要監測目的為:1掌握淺埋煤層工作面回采過程中的綜采液壓支架的受力狀況與頂板的來壓規律,為淺埋煤層工作面的支架選型和

3、設計及支護強度確定提供依據12;2分析頂板來壓規律,實現頂板來壓步距和來壓強度預報,為合理的頂板控制提供依據34;3掌握巷道受工作面采動影響時圍巖變形的基本規律,為確定動壓條件下回采巷道支護方法和合理支護參數提供依據5;4掌握工作面超前采動影響范圍和超前支承壓力高峰區域,確定工作面巷道的超前加強支護距離及對應支護技術措施。2.2 礦壓監測的流程監測的內容包括綜采支架支護阻力、工作面兩巷超前單體支柱支護阻力、巷道頂板離層情況、巷道圍巖表面變形情況,監測流程如圖1所示。工作面礦壓監測系統工作面液壓支架支護阻力監測超前支護段單體支柱工作阻力監測巷道頂板離層監測巷道圍巖表面變形監測初撐力初撐力初撐力工

4、作阻力頂底板移近量及移近速度兩幫移近量及移近速度頂底板離層量實測分析理論分析實測分析現場觀察與指導監測內容監測方法監測結果分析總結總體評價與建議圖1 礦壓監測流程圖2.3 工作面測站布置工作面每臺支架安裝1臺PM31電液控制器,對支架的工作阻力、供液壓力等自動監測記錄。由主控制箱將監測數據經井下環網傳輸至地面調度室,安排專人進行數據采集分析處理,及時掌握工作面初次放頂步距、周期來壓步距及最大來壓強度等礦壓參數。 2.4 工作面兩巷測站布置為研究工作面兩巷受采動影響時,頂板、兩幫及煤壁變形及應力分布狀況,在工作面兩巷分別布置超前支護監測設備、頂板離層監測設備,其布置位置如圖2所示。0m50m 1

5、00m 150m 200m項目一、工作面兩巷測站布置位置二、超前支護監測設備布置1234三、巷道表面變形測線布置四、頂板離層監測設備布置圖2 112201工作面兩巷測站布置示意圖3 工作面礦壓實測結果及礦壓顯現規律分析3.1 工作面實測結果分析工作面監測的綜采支架為ZY7000/19/40型2柱掩護式液壓支架,工作面共有支架170架,通過對10#、90#和155#支架PM31的測量數據進行分析,得出10#、90#和155#支架工作阻力變化趨勢圖。 圖3 10#支架工作阻力變化趨勢圖 圖4 90#支架工作阻力變化趨勢圖圖5 155#支架工作阻力變化趨勢圖根據以上實測的支架工作阻力分布情況可知:(

6、1綜合實際可知,工作面初次來壓步距為47m 。(2通過對10#、90#和155#支架工作阻力變化曲線進行分析,綜合日推進度、工作面直線狀態等多方面因素,確定工作面來壓周期為24天,平均3天,來壓期間工作面平均最大工作阻力為31.0Mpa,周期來壓步距為2030m,平均25m。3.2 沿工作面傾斜方向來壓顯現特征分析受煤層傾角、開采邊界條件、回采工藝、煤巖賦存條件及支護質量等因素的影響,沿工作面傾斜方向頂板壓力在各個支架PM31顯示各不相同,根據實測結果,通過對監測數據整理分析后得到工作面傾斜方向的工作阻力分布趨勢如圖6、7所示。 圖6 非來壓期間工作面支架工作阻力分布圖7 周期來壓期間工作面支

7、架工作阻力分布通過分析液壓支架的壓力發現,不論來壓與否,頂板壓力沿工作面傾斜方向呈規律性分布,壓力分布特征為中部大,兩端較小,并且壓力較高區域多分布在第60#120#支架之間。究其根本原因,板OX形破斷及兩端的弧三角形決定了來壓必然是中部大兩端小,兩側隨推進受弧三角板的保護來壓結束比較早。在工作面未推進到的情況下,頂板經歷卸壓過程,說明頂板結構在運動過程中能達到相對穩定。4 工作面兩巷礦壓監測結果分析4.1 超前支護段單體支柱支護實測結果及分析為監測超前支護段單體支柱支護質量,在工作面回風巷和運輸巷距離離工作面20m左右的范圍內,在超前支護單體支柱上安設工作阻力監測儀,自動記錄數據,并由監測人

8、員采集。經過對4個數字壓力計監測收集到的數據進行分析處理后,得工作面兩巷超前支護單體支柱工作阻力變化趨勢如圖8所示。 圖8 工作面兩巷超前支護單體支柱工作阻力綜合變化趨勢圖由圖8工作面兩巷超前支護單體支柱工作阻力綜合變化趨勢圖可知,工作面兩巷的單體支柱阻力呈現出明顯的低壓力區、應力增高區、應力平穩區的特征:1超前工作面34m范圍內,由于工作面支架以及工作面前方煤體的支撐作用,該區域處于卸壓區,單體支柱的工作阻力較小,為低應力區域;2超前工作面615m范圍內,超前壓力迅速增加,峰值出現在距離煤壁89m的位置,壓力值為24.5Mpa;3超前工作面20m以后,逐漸接近原巖應力,屬于應力平穩區。4.2

9、 兩巷表面位移監測通過對所有采集的數據進行處理分析后,安裝的6個頂板離層儀都幾乎沒有發生變化,只有距離工作面50m的頂板離層儀稍有變化,且頂板最大累積離層量不超過5mm,說明工作面采動對頂板結構的影響甚微。5 結論(1112201工作面老頂初次來壓步距為47m,周期來壓為2030m,平均25m,來壓期間礦山壓力顯現劇烈,工作面壓力呈現明顯的兩頭小、中間大的規律,頂板來壓步距相對較大,相比深埋煤層,來壓期間礦山壓力增大幅度較大,礦壓顯現較劇烈。(2超前工作面615m范圍內,超前壓力迅速增加,峰值出現在距離煤壁615m的位置,應力值為24.5MPa,在這個區域應加強支護;(3淺埋煤層工作面運輸平巷和回風平巷頂板幾乎無離層,且頂板最大累積離層量不超過5mm,巷道表面位移很小。參考文獻1 黃慶享.淺埋煤層長壁開采頂板結構及巖層控制研究M.徐州:中國礦業大學出版社,2000。2 李鳳儀,梁冰,董尹庚.淺埋煤層工作面頂板活動及其控制J.礦山壓力與頂板管理,2005。3 原國政. 礦壓監測在頂板安全管理中的應用J.煤