孤島綜放面覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動與礦壓顯現(xiàn)特征探討

陳本華 張士斌 鄭有雷 齊方躍 桂 兵

(兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號煤礦,山東省濟(jì)寧市,272069)

1 工作面地質(zhì)概況與生產(chǎn)技術(shù)條件

1.1 工作面地質(zhì)概況

53下05(北)是濟(jì)寧三號煤礦五采區(qū)的孤島綜放工作面,開采煤層為山西組3下煤層,平均采深653.6 m,工作面壓力大,巷道圍巖變形嚴(yán)重。53下05(北)西臨53下06(北)工作面(已回采),東臨53下04(北)、53下03(北)工作面(均已回采),如圖1所示。工作面推進(jìn)長度1344 m,凈面長220.5 m,煤厚平均2.99 m,為較穩(wěn)定的中厚煤層。老頂為中細(xì)砂巖,平均厚度19.46 m,f=8～10。直接底為粉砂巖,平均厚度3.46 m。f=4～6。老底為細(xì)砂巖,f=6～8。工作面地質(zhì)條件較復(fù)雜,區(qū)內(nèi)斷層較多,帶式輸送機(jī)巷局部斷層密度較大。

1.2 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件

工作面上、下兩巷均為矩形斷面,凈寬×凈高=4.5 m×3.0 m。巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù),錨桿間排距均為800 mm×800 mm,錨索間排距為1500 mm×2400 mm。

圖1 53下05(北)孤島綜放工作面布置示意圖

工作面布置液壓支架153架,中間支架采用ZFS7200/18/35型支架124架,采用ZFS6200/18/35型支架23架,端頭支架6架,其中機(jī)頭布置排頭支架3架,機(jī)尾布置3架。

采煤方法為走向長臂綜采放頂煤一次采全高采煤法,全部垮落法管理頂板。

2 覆巖結(jié)構(gòu)運(yùn)動形式與工作面礦壓顯現(xiàn)

2.1 采場覆巖運(yùn)動對工作面壓力影響

53下05(北)工作面于2009年7月12日開始生產(chǎn),根據(jù)礦壓觀測,工作面老頂初次來壓期間平均工作阻力4577 kN,動載系數(shù)1.14,來壓步距57 m。老頂周期來壓步距平均23 m,煤爆較為頻繁,煤壁片幫普遍,來壓期間平均工作阻力5338 kN,周期來壓強(qiáng)度大,礦壓顯現(xiàn)明顯。超前支承壓力明顯影響范圍為30 m。開采期間,覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動造成的礦壓顯現(xiàn)實(shí)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動造成的礦壓顯現(xiàn)實(shí)測數(shù)據(jù)

從表1可以看出,工作面中期見方(二次見方)和后期見方階段,覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動對工作面壓力顯現(xiàn)影響最為劇烈,超前支承壓力明顯,影響范圍最大。初次見方階段覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動對工作面壓力顯現(xiàn)影響程度相對偏弱。

由于53下05(北)工作面受相鄰采空區(qū)覆巖空間結(jié)構(gòu)的影響已經(jīng)較嚴(yán)重,當(dāng)工作面回采后,就形成了三面采空的覆巖空間結(jié)構(gòu)形式,即53下04(北)、53下05(北)、53下06(北)3個(gè)工作面采空區(qū)老頂上方的巖層將會逐漸連成一片,形成一個(gè)大的“C”型空間結(jié)構(gòu)形式,如圖2所示。受采動影響,工作面及兩側(cè)覆巖再次大面積產(chǎn)生破斷現(xiàn)象,如圖2(a)所示。大的覆巖空間運(yùn)動帶來的壓力對工作面兩側(cè)巷道將產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,影響范圍大,如圖2(b)所示。“C”型覆巖空間結(jié)構(gòu)大面積運(yùn)動是造成孤島綜放面超前支承壓力加大,影響工作面礦壓顯現(xiàn)程度的主要原因。此型覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動對工作面巷道造成的破壞程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動形式。

圖2 53下05(北)綜放工作面覆巖空間結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 覆巖運(yùn)動對巷道圍巖產(chǎn)生的破壞

2.2.1 帶式輸送機(jī)巷變形情況

(1)帶式輸送機(jī)巷變形。回采初期見方階段:當(dāng)工作面推進(jìn)到226 m時(shí),超前支護(hù)30 m距離內(nèi),巷道兩幫圍巖變形明顯,但并未影響行人道和超前支架的正常工作,支架工作阻力變化不大。兩幫最大變形量86 mm,變形速度14.33 mm/d,頂?shù)装遄畲笠平?14 mm,變形速度19 mm/d。回采中期見方階段:當(dāng)推進(jìn)到420 m位置時(shí),超前50 m圍巖變形劇烈,巷道變形量較大,給工作面的生產(chǎn)帶來安全隱患。當(dāng)推進(jìn)到443 m時(shí),工作面礦壓顯現(xiàn)進(jìn)一步加劇,工作面超前支架被擠壓,帶式輸送機(jī)巷已無行人通道,工作面支架平均阻力達(dá)到5710 kN。另外,距離煤壁14 m范圍內(nèi),巷道圍巖變形均較大,2 d時(shí)間內(nèi)頂板下沉總量123 mm,沿空幫位移總量187 mm。距離煤壁26 m范圍內(nèi),4 d時(shí)間內(nèi)頂板下沉總量225 mm,沿空幫位移總量378 mm,回采幫位移總量222 mm,巷道兩幫移近總量達(dá)600 mm。底鼓表現(xiàn)為在距煤壁3～19 m處相當(dāng)嚴(yán)重。自距離煤壁50 m處開始逐步推至距煤壁25 m,底鼓變形量相對處于巷道變形的主導(dǎo)地位,底鼓總量346 mm。

2.2.2 輔助運(yùn)輸巷變形情況

回采初期見方階段:輔助運(yùn)輸巷兩幫最大變形量37 mm,變形速度6.17 mm/d,頂?shù)装遄畲笠平?3 mm,變形速度15.5 mm/d?；夭芍衅谝姺诫A段,巷道兩幫最大變形量49 mm,變形速度7.36 mm/d,頂?shù)装遄畲笠平?04 mm,變形速度16.2 mm/d。

3 結(jié)論

(1)從礦壓顯現(xiàn)特征與采場覆巖空間結(jié)構(gòu)形式看,采場大面積的“C”型覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動加劇了工作面的礦壓顯現(xiàn)程度,因此,研究覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動對監(jiān)測工作面壓力和兩巷圍巖變形以及頂板管理具有重要意義。

(2)工作面在見方階段,覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動給工作面帶來的影響最大,此時(shí),巷道圍巖變形最為嚴(yán)重。同時(shí),覆巖中堅(jiān)硬巖層的厚度、采深、斷層構(gòu)造等也將給覆巖空間結(jié)構(gòu)運(yùn)動帶來影響。

[1] 錢鳴高,繆協(xié)興,許家林等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2000

[2] 宋振騏.實(shí)用礦山壓力控制[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1988