永定莊煤礦多采空區下煤層頂板礦壓實測研究

張春山

永定莊煤礦多采空區下煤層頂板礦壓實測研究

張春山

大同煤礦集團公司永定莊煤礦的8#、11#、12#、14#煤層已經回采完畢，15#煤層位于8#、11#、12#、14#煤層下方13 m～70 m處，其15#回采8914工作面與8#、11#、12#、14#煤層回采工作面“空間交錯垂直”，為了保證15#煤層在穿越多個采空區和煤柱下安全高效開采，預防相關事故災害的發生，提高15#煤層的回采率和機械化水平，對多采空區下15#煤層的頂板礦壓技術進行了研究。

煤礦開采；多采空區下開采；頂板礦壓研究

1 永定莊煤礦多采空區下開采地質條件

永定莊煤礦15#層在工作面東部（未采），南部為8916回采工作面（正采），西部為309-2巷，北部未采。12#、13#層于19世紀50年代已經開采完畢，14#層于19世紀70年代回采完畢并關閉該區，其下部的15#層煤層厚度2.2 m～4.6 m，煤層傾角1°～2°，距14#層間距為13 m～15 m，相對關系見圖1。

2 多采空區下覆巖運動和破壞規律現場研究

工作面支架壓力觀測采用KBJ60III型煤礦在線連續頂板動態監測系統。該綜放工作面長150 m，沿工作面布置10個壓力分機，分別布置在5#、15#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95# 支架。每個分機可監測支架前后柱的工作壓力。10個壓力分機連線組成監測分站，通過光纖將數據傳到地面接收主機，后接計算機進行數據處理。

通過獲取的綜采工作面礦壓實時變化數據，研究工作面來壓狀況，支架阻力及支架工作狀況，測定液壓支架有關參數，分析支架與圍巖的相互關系，評價支架對工作面頂板條件的適應性，為以后工作面液壓支架的選型提供決策依據。

2.1 工作面液壓支架主要技術參數

工作面裝備102架ZZS6000-1.7/3.7型支撐掩護式液壓支架。支架額定初撐力5 105 kN，額定工作阻力6 000 kN，主要技術參數見表1。

表1 綜采液壓支架主要技術參數

圖1 永定莊煤礦14#、15#煤層柱狀

2.2 工作面支架工作阻力

實測10組液壓支架工作阻力最大值見第16頁表2。第16頁圖2為支架工作阻力綜合分布直方圖。圖2中P0為支架初撐力，Pm為支架工作最大阻力、Pt為支架時間加權平均阻力。

表2 支架工作阻力

圖2 液壓支架工作阻力綜合分布

從圖表數據分析，初撐力平均值3 994 kN，為額定值的78.24%，分布在3 800 kN～4 700 kN之間的占69.9%，最大值5 120 kN；最大工作阻力平均值4 502 kN，為額定值的75.03%，分布在3 800 kN～5 000 kN之間的占70.6%，最大值6 000 kN；時間加權平均阻力平均值4 243 kN，為額定值的70.72%，分布在3 800 kN～4 700 kN之間的占70.5%，最大值5 385 kN，相當于額定阻力的94.76%。

因液壓支架瞬間作用，支架初撐力、最大工作阻力有短時達到或超過額定值。但支架工作阻力總體符合正態分布，支架工作狀態合理，初撐力滿足了支架及時護頂需要，支架負荷飽滿，支架阻力得到了充分發揮。

2.3 工作面來壓步距及強度

通過對支架工作阻力觀測結果整理出的工作面周期來壓步距及強度見表3。

表3 支架周期來壓步距及增載系數

分析和整理大量觀測數據，永定莊煤礦15#煤層開采8914工作面初次來壓步距31 m，周期來壓步距為17 m，來壓時支架加權工作阻力的平均值為4 243 kN，增載系數為1.09～1.21，頂板來壓強度較大，工作面礦壓顯現強烈。

3 多層采空區下8914工作面巷道觀測

永定莊煤礦多層采空區下回采工作面、上下順槽安裝監測和量測測站，測站布置位置見第17頁圖3。

8914工作面回采巷道圍巖觀測包括圍巖表面位移、絕對位移和相對位移。巷道表面位移觀測包括頂板下沉位移、兩幫相對移近位移、底鼓位移及頂底板相對移近位移，見第17頁圖4。表面位移采用帶有mm刻度的米尺。

掘進期間15#上順槽巷道礦壓觀測曲線見第17頁圖5，回采期間15#上順槽礦壓觀測曲線見第17頁圖6。

由圖5可以看出，在上順槽開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10 d累計變形量為39.8 mm，占掘進期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2 mm/d。掘進期間，煤層巷道圍巖變形中，頂板和底板圍巖變形量明顯高于兩幫變形量，頂板巖層變形明顯高于底板巖層變形。在順槽掘進過程中，頂板形成的穩定結構塊體發生了轉動產生了運動，導致頂板巖層變形較大。由回采圍巖變形曲線可以看出，在回采期間，巷道圍巖變形較為一致，在通過上覆煤柱時，變形急劇加大。表明在回采過程中，上覆巖層結構發生破壞，上覆巖層發生了較大的下沉，使得順槽圍巖同時發生了較大的位移。

圖3 永定莊煤礦多層采空區下回采工作面測站布置

圖4 試驗巷道收斂位移觀測

圖5 永定莊煤礦多采空區下15#煤層上順槽掘進期間圍巖變形曲線

圖6 永定莊煤礦多采空區下15#煤層上順槽回采期間圍巖變形曲線

4 結論

(1)永定莊煤礦15#煤層開采時，分析和整理大量觀測數據，開采8914工作面初次來壓步距31 m，周期來壓步距為17 m，來壓時支架加權工作阻力的平均值為4 243 kN，增載系數為1.09～1.21，頂板來壓強度較大，工作面礦壓顯現強烈。

(2)永定莊煤礦15#煤層開采時，上順槽掘進期間開挖初期巷道圍巖變形較大，且速度快，前10 d累計變形量為39.8 mm，占掘進期間總變形的88.4%，最大變形速度為7.2 mm/d。掘進期間，下位煤層巷道圍巖變形中，頂板和底板圍巖變形量明顯高于兩幫變形量，頂板巖層變形明顯高于底板巖層變形。

(3)回采期間，巷道圍巖變形較為一致，在通過上覆煤柱時，變形急劇加大，表明在回采過程中，上覆巖層結構發生破壞，上覆巖層發生了較大的下沉，使得順槽圍巖同時發生了較大的位移。

［1］ 譚云亮.礦山壓力與巖層控制.北京：煤炭工業出版社，2010：80-130.

［2］ 劉飛，馬華，丁言露.礦山壓力及巖層控制原理.煤礦現代化，2011 （01）：98-100.

Roof Mine Pressure Research of Coal Seam below Multi Gob in Yongdingzhuang Coal Mine

Zhang Chunshan

8#,11#,12#,14#coal seams of Yongdingzhuang Coal Mine of DaTong Coal Mine Group has been stoped,the 15#coal seam is located at 13 m～70 m below 8#,11#,12#,14#coal seam,8914 stoping face of 15#coal seam is “space staggered vertical”with the stoping face of 8#,11#,12#,14#coal seams.In order to ensure that 15#coal seam which is crossing multi gob and coal pillar is stoped safely,provide against accidents and improve extraction rate and mechanization level of the 15#coal seam,the roof mine pressure technology of 15#coal seam below multi gob is studied.

stope;stope under the stoping gob;roof mine pressure

TD326

A

1000-4866（2011）03-0015-03

張春山，男，1965年12月出生，現在大同煤礦集團永定莊煤業有限責任公司工作，工程師。

2011-05-25

2011-06-15