淺埋煤層工作面礦壓顯現規律研究

張愛英

(陜西省安康學院經濟與管理系,陜西省安康市,725000)

淺埋煤層工作面礦壓顯現規律研究

張愛英

(陜西省安康學院經濟與管理系,陜西省安康市,725000)

介紹了淺埋煤層綜采工作面初次來壓和周期來壓的特點,分析了紅柳林煤礦首采工作面回采時工作面液壓支架荷載的變化數據、工作面來壓時荷載分布特征和地表移動特征,得出了紅柳林煤礦的礦壓顯現規律。

綜采工作面 礦壓顯現規律 初次來壓 周期來壓 來壓步距

1 S1501綜采工作面概況

榆神府礦區地表為松散土層所覆蓋,煤層埋藏深度50～150 m,上覆基巖平均厚度為20～70 m,屬典型的薄基巖淺埋煤層。S1501工作面位于紅柳林煤礦南一盤區東部,此工作面地面位置位于礦井東部,地表為波狀沙丘地,地勢較為開闊。

1.1 工程地質條件

紅柳林礦S1501工作面煤層厚度6.50～7.19 m,平均厚度6.92 m,走向東西,傾角1.0°左右,屬厚煤層,煤層硬度大,普氏系數1.7～2.5,結構簡單,在該工作面區域一般含夾矸1～2層,厚度一般在0.20～0.35 m左右,煤的容重為1.29 t/m3。5-2煤層具有煤塵爆炸性危險,屬不易自燃煤層。頂板巖性以細粒砂巖為主,局部為粉砂巖、中粒砂巖,厚度1.60～32.00 m。煤層底板巖性以粉砂巖為主,細粒砂巖次之,厚度0.65～14.75 m。瓦斯成分以N2氣為主,CO2次之,煤層瓦斯成分含量中CH4含量極其微弱,瓦斯分帶屬CO2～N2帶。掘進巷道涌水主要為裂隙水,對掘進影響較大。

1.2 礦壓測區布置

根據紅柳林煤礦S1501工作面頂底板及采高變化情況,設上、中、下三個測區,如圖1所示,觀測的掩護式液壓支架重點為,上測區11～15架;中測區86～90架;下測區161～165架。中部測區受兩端煤柱及開采情況影響較小,其礦壓顯現量具有代表性,故為重點測區,觀測項目需完備。上、下兩測區距區段平巷護巷煤柱的距離應大于15 m,觀測項目可酌情而定。如采煤工作面頂底板狀況和采高沒有顯著變化,也可只設中部測區,適當增加觀測線的數目即可。

工作面采用 ZY12000/28/63型液壓支架,其參數:額定工作阻力為 12000kN,初撐力7916 kN;對地比壓2.73～2.97 MPa;支架中心距1750mm;支撐高度2800～6300mm;支護強度大于1.24 MPa;推移行程 960mm;頂梁長度4710mm;底座總面積 4.02 m2;立柱中心距960mm。

圖1 工作面測線測區布置圖

2 S1501綜采工作面來壓規律分析

從2009年5月10日至6月19日,對首采面開切眼推進141.5 m的礦壓顯現規律進行了觀測,得到了大量的實測數據。本次觀測可以代表薄基巖厚松散層淺埋煤層工作面的礦壓基本規律。工作面開采過程中的初次來壓和周期來壓步距如表1所示。

表1 工作面初次和周期來壓步距

2.1 初次來壓

如圖2所示,S1501工作面推進至42.15 m時,開始大面積來壓。上部測區老頂的初次來壓步距為45.55 m,中部測區老頂來壓的初次步距為42.15 m,下部測區初次來壓步距為45.55 m。初次來壓期間,來壓猛烈,支架大部分達到或超過47.7 MPa,安全閥大部分開啟。大量潛水從頂板裂隙涌入工作面,工作面煤壁片幫非常嚴重,最大時達到180mm,來壓持續時間為2～3 d。

圖2 S1501三測區工作面壓力曲線

2.2 周期來壓

實測期間工作面共出現6次周期來壓,上測區周期來壓步距9.9～21.5 m,平均為15.0 m。中部測區周期來壓步距 9.3～21.5m,平均為14.4 m。下部測區周期來壓步距11.05～21.5 m,平均為14.9 m。工作面周期來壓期間出現頂板淋水增多,支架荷載急劇增大,活柱下縮量增加等現象。來壓歷時較短,僅為1 d左右。

2.3 工作面頂板破斷及地表移動特點

工作面臺階下沉是頂板基巖沿全厚切落的結果,這是厚松散層下淺埋薄基巖煤層頂板破斷的一個主要特點,已被初次來壓時地表下沉觀測所證實。初次來壓時在對應的地表出現了高差約25 cm的地塹,如圖3所示,表明覆巖破壞是貫通地表的,淺埋煤層沒有出現傳統的“三帶”覆巖破壞特征,而只出現了冒落帶和裂隙貫通帶。

圖3 S1501綜采工作面地表沉陷

3 S1501工作面來壓時空分布特征

3.1 初次來壓

初次來壓出現在5月19日至5月21日,工作面初次來壓時支架荷載分布情況見圖4。工作面推進到42.15 m至45.55 m時,工作面中部絕大部分支架工作阻力明顯增大,表明工作面出現了初次來壓。工作面來壓時,中部較早來壓,而工作面兩側區域來壓較遲。中部區域來壓持續時間較長,這是由頂板空間結構特征決定的。

圖4 初次來壓時支架荷載分布圖

3.2 周期來壓

首次周期來壓開始于5月26日,第一次周期來壓時的支架荷載分布情況見圖5。可以看出工作面中部壓力較大,這是周期來壓時的一個典型特點。

圖5 第1次周期來壓時支架荷載分布圖

4 工作面支架工作阻力分析

(1)支架初撐力。根據實測結果,工作面上中下3個測區的支架初撐力分別為6578 kN/架、6582 kN/架、6584 kN/架,相當于額定初撐力7916 kN的83.1%。工作面支架初撐力自保狀況良好,初撐力一般分布于6200～7400 kN之間,其占支架總數的82%,說明支架初撐力正常。

(2)支架工作阻力。整個觀測期間,支架最小工作阻力為4700 kN/架,最大工作阻力為12860 kN/架。平均工作阻力為8900 kN/架,為額定工作阻力的74.16%。工作阻力在10000 kN/架以內的約占支架總數的66.4%,大于12000 kN/架的僅占3.3%,說明支架平時工作阻力并不大,只有來壓時支架工作阻力才超過額定值。

5 結論

(1)紅柳林煤礦首采工作面來壓時,初次來壓步距約為42.15～45.55 m,來壓時間持續2～3 d,周期來壓步距為9.9～21.5m,來壓時間1 d。中部測區來壓較早,而工作面兩側區域來壓較遲,中部測區來壓持續時間較長,這是由頂板空間結構特征決定的。周期來壓時工作面中部壓力較大,這是周期來壓時的一個典型特點。

(2)綜采面回采時沒有出現典型的“三帶”,而只出現了冒落帶和裂縫貫通帶。從而導致地表出現地塹。

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[2]盧鑫,張東升等.厚砂層薄基巖淺埋煤層礦壓顯現規律研究[J].煤礦安全,2008(9)

[3]侯忠杰.地表厚松散層淺埋煤層組合關鍵層的穩定性分析[J].煤炭學報,2000(2)

[4]王福.淺埋煤層長壁開采礦壓顯現規律[J].內蒙古煤炭經濟,2008(1)

[5]侯忠杰.淺埋煤層關鍵層研究[J].煤炭學報,1999(4)

(責任編輯 張毅玲)

A study on the regularity of strata behavior in coal faces in shallow coal seams

Zhang Aiying
(Ankang University,Ankang,Shaanxi 725000,China)

This paper introduces the characteristics of the first weighting and periodic weightings in longwall faces in shallow coal seams.It also analyzes the changing data of hydraulic support load of the first coal face in the course of the firstmining in Hongliulinmine and the weighting distribution feature/surface moving feature when weighting occurs at the coal face.Thus the strata behavior of Hongliulinmine is obtained.

coal face,strata behaviors,first weighting,periodic weighting,roof weighting step

TD325

A

張愛英(1981-),女,河南周口人,講師,碩士,主要從事于工程結構可靠度分析及巖土工程穩定性分析的研究。