浅埋煤层矿压显现的基本规律

谢大平　付国政

摘要:神府东胜矿区是目前我国探明储量最大的煤田,埋藏浅、上覆厚松散沙层是神东矿区煤层的典型赋存特征。但矿井初期开采实践表明,煤层埋藏浅却不一定矿压显现缓和。若支护不当则容易发生冒顶事故。

关键词:浅埋煤层矿压显现支护

0 引言

神东矿区探明储量大、煤质优,是西部煤田大开发的重要战略要地。埋藏浅、上覆厚松散沙层是该矿区煤层的典型赋存特征。为掌握这种特殊条件下的顶板破断和来压规律,以寻求有效的顶板控制方法,我们先后对大柳塔C202普采工作面、1203综采工作面、进口设备装备的20601综采工作面以及20604高产高效工作面进行了矿压观测,通过对这四个不同支护条件的长壁工作面的实测来认识浅埋煤层工作面的矿压显现的基本规律[1]。

1 矿压显现情况

神东矿区地层赋存特征属于典型浅埋深煤层或近浅埋深煤层。神东矿区地层赋存的总特征是:煤层埋藏浅,顶板基岩薄,地表为厚沙土覆盖层。在神东矿区开发的初期和中期,基本上为典型浅埋煤层或近浅埋深煤层[2]。

1.1 各工作面的矿压显现主要特点 这四个工作面的矿压显现情况简单概括如下[3]:

1.1.1 大柳塔煤矿C202试采工作面是该矿区第一个长壁工作面,采高2.0m,覆岩中基岩厚20-50m,沙土载荷层厚15.0-30.0m,矿压显现主要特点如下:①老顶初次来压步距为24m;周期来压明显,一般为6～9m。②来压时顶板沿煤壁产生台阶下沉,下沉量达350～600mm,台阶下沉范围沿工作面长度最大达70m (工作面长度为102m);③摩擦式金属支柱不能够平衡顶板压力,不利于管理顶板。

1.1.2 大柳塔煤矿1203综采工作面是该矿区第一个普通综采工作面面,采高4.0m,覆岩中基岩厚15~40m,沙土载荷层厚15.0~35.0m,矿压显现主要特点如下:①工作面初次来压顶板出现自工作面到地表沿煤壁的全厚度切落。工作面中部约90的范围内(工作面长度为150m)顶板沿煤壁切落,其中31m的范围内切落最为严重,顶板最大台阶下沉量达1000mm,工作阻力为3500 kN/架,液压支架安全阀开启率达100%,支架活柱下缩量达260mm,在液压支架下架设3根液压支柱才控制住了顶板继续下沉,防止了支架大面积被压死,矿压显现剧烈;②工作面周期来压同样为覆岩全厚整体切落,观测期间4次周期来压支架载荷急剧增加,安全阀大部分开启,顶板淋水增大,部分支架油缸臌胀和胀裂;来压步距最大15m,最小9.4m,平均12.0m;③初次来压时,工作面和开切眼煤壁线对应的地表出现地堑,地堑落差为0.22,说明初次来压覆岩移动直至地表,顶板基岩的破断是全厚度切落,其切落线就沿工作面煤壁。周期来压地表同样出现地堑式台阶下沉,但台阶下沉位置不再在工作面煤壁线上方,而是在工作面支架的后端,其地堑式台阶落差达1.2m[4]。

1.1.3 大柳塔煤矿20601工作面为该矿区第一个高产高效工作面,采高4.0m,覆岩中基岩厚40~45,沙土载荷层厚23~55m,矿压显现主要特点为:①工作面选用德国进口的WS1.7-210/450型掩护式液压支架,完全能够平衡顶板压力,因为支架绝大多数是在初撑力和85%额定工作阻力之间工作,基本顶来压时支架平均工作阻力为额定工作阻力的89.4%,最大平均工作阻力为额定工作阻力的92.6%,这说明即使在基本顶来压时支架额定工作阻力仍有富余;②工作面未出现象1203工作面那样的台阶下沉,上覆基岩在煤壁处不再出现贯通上覆基岩全厚的切落;③工作面中部的顶板压力大,而两端相对较小。

1.1.4 大柳塔煤矿20604为该矿区产量最高的高产高效工作面,采高4.3m, 覆岩中基岩厚42.6,沙土载荷层厚56m,矿压显现主要特点如下:①工作面采用德国进口的WS1.7型掩护式液压支架。来压时,工作面中部大部分支架达到额定工作阻力,工作面出现微小台阶下沉;②初次来压期间工作面来压分布中部压力明显大于两侧。

1.2 浅埋煤层矿压显现的基本规律 下面对已有的C202普采工作面、1203综采工作面、20601高产高效工作面和20604工作面高产高效工作面矿压观测结果进行对比分析,基本情况如表2.2所示,浅埋煤层矿压显现具有如下基本规律:①浅埋煤层工作面矿压显现的突出特点是顶板基岩沿全厚切落,基岩破断角较大,破断直接波及地表。来压期间有明显的顶板台阶下沉和动载现象;②典型的浅埋煤层工作面顶板为单一关键层,载荷层厚度较大,老顶岩块不易形成稳定的砌体梁结构;③工作面来压分布为中间大两端小,符合板破断特征。④基岩与载荷层厚度之比JZ(以下简称基载比)对来压强度和显现特征有重要影响。当JZ<0.8时,工作面都出现了顶板沿煤壁台阶下沉,而当JZ>0.8时则没有出现顶板台阶下沉。⑤加快推进速度,来压步距增大,减小了老顶台阶岩梁的块度,减缓了顶板载荷传递,从而提高了结构的稳定性和自承能力,有利于实现高产高效。

2总结

以上分析亦说明了工作面支护状况对顶板的影响:用金属摩擦支柱支护顶板的C202工作面初次来压和周期来压都出现了明显的台阶下沉;1203工作面采用国产支架(3500kN/架),也出现了台阶下沉现象;20601工作面和20604工作面采用进口大吨位支架,工作面台阶下沉明显减弱或消失,说明合理提高支架阻力可以有效的控制顶板台阶下沉。

注:基载比JZ=基岩厚度/载荷层厚度;1203工作面周期来压JZ∈(1,1.5)

参考文献:

[1]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板控制研究:[学位论文].徐州:中国矿业大学.1998.

[2]隋惠权,王忠林.覆岩离层注浆控制地表沉降技术的理论与实践.岩土工程学报.2001.23(4):510~512.

[3]李文平等.陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究.煤炭学报.2000.23(5):449~454.

[4]张文义.浅埋深、薄基岩、厚松散含水层下煤层综合机械化开采防治水技术应用.中国煤田地质.2004.16(4):39~41.