永定庄煤矿多采空区下煤层顶板矿压实测研究

张春山

永定庄煤矿多采空区下煤层顶板矿压实测研究

张春山

大同煤矿集团公司永定庄煤矿的8#、11#、12#、14#煤层已经回采完毕，15#煤层位于8#、11#、12#、14#煤层下方13 m～70 m处，其15#回采8914工作面与8#、11#、12#、14#煤层回采工作面“空间交错垂直”，为了保证15#煤层在穿越多个采空区和煤柱下安全高效开采，预防相关事故灾害的发生，提高15#煤层的回采率和机械化水平，对多采空区下15#煤层的顶板矿压技术进行了研究。

煤矿开采；多采空区下开采；顶板矿压研究

1 永定庄煤矿多采空区下开采地质条件

永定庄煤矿15#层在工作面东部（未采），南部为8916回采工作面（正采），西部为309-2巷，北部未采。12#、13#层于19世纪50年代已经开采完毕，14#层于19世纪70年代回采完毕并关闭该区，其下部的15#层煤层厚度2.2 m～4.6 m，煤层倾角1°～2°，距14#层间距为13 m～15 m，相对关系见图1。

2 多采空区下覆岩运动和破坏规律现场研究

工作面支架压力观测采用KBJ60III型煤矿在线连续顶板动态监测系统。该综放工作面长150 m，沿工作面布置10个压力分机，分别布置在5#、15#、25#、35#、45#、55#、65#、75#、85#、95# 支架。每个分机可监测支架前后柱的工作压力。10个压力分机连线组成监测分站，通过光纤将数据传到地面接收主机，后接计算机进行数据处理。

通过获取的综采工作面矿压实时变化数据，研究工作面来压状况，支架阻力及支架工作状况，测定液压支架有关参数，分析支架与围岩的相互关系，评价支架对工作面顶板条件的适应性，为以后工作面液压支架的选型提供决策依据。

2.1 工作面液压支架主要技术参数

工作面装备102架ZZS6000-1.7/3.7型支撑掩护式液压支架。支架额定初撑力5 105 kN，额定工作阻力6 000 kN，主要技术参数见表1。

表1 综采液压支架主要技术参数

图1 永定庄煤矿14#、15#煤层柱状

2.2 工作面支架工作阻力

实测10组液压支架工作阻力最大值见第16页表2。第16页图2为支架工作阻力综合分布直方图。图2中P0为支架初撑力，Pm为支架工作最大阻力、Pt为支架时间加权平均阻力。

表2 支架工作阻力

图2 液压支架工作阻力综合分布

从图表数据分析，初撑力平均值3 994 kN，为额定值的78.24%，分布在3 800 kN～4 700 kN之间的占69.9%，最大值5 120 kN；最大工作阻力平均值4 502 kN，为额定值的75.03%，分布在3 800 kN～5 000 kN之间的占70.6%，最大值6 000 kN；时间加权平均阻力平均值4 243 kN，为额定值的70.72%，分布在3 800 kN～4 700 kN之间的占70.5%，最大值5 385 kN，相当于额定阻力的94.76%。

因液压支架瞬间作用，支架初撑力、最大工作阻力有短时达到或超过额定值。但支架工作阻力总体符合正态分布，支架工作状态合理，初撑力满足了支架及时护顶需要，支架负荷饱满，支架阻力得到了充分发挥。

2.3 工作面来压步距及强度

通过对支架工作阻力观测结果整理出的工作面周期来压步距及强度见表3。

表3 支架周期来压步距及增载系数

分析和整理大量观测数据，永定庄煤矿15#煤层开采8914工作面初次来压步距31 m，周期来压步距为17 m，来压时支架加权工作阻力的平均值为4 243 kN，增载系数为1.09～1.21，顶板来压强度较大，工作面矿压显现强烈。

3 多层采空区下8914工作面巷道观测

永定庄煤矿多层采空区下回采工作面、上下顺槽安装监测和量测测站，测站布置位置见第17页图3。

8914工作面回采巷道围岩观测包括围岩表面位移、绝对位移和相对位移。巷道表面位移观测包括顶板下沉位移、两帮相对移近位移、底鼓位移及顶底板相对移近位移，见第17页图4。表面位移采用带有mm刻度的米尺。

掘进期间15#上顺槽巷道矿压观测曲线见第17页图5，回采期间15#上顺槽矿压观测曲线见第17页图6。

由图5可以看出，在上顺槽开挖初期巷道围岩变形较大，且速度快，前10 d累计变形量为39.8 mm，占掘进期间总变形的88.4%，最大变形速度为7.2 mm/d。掘进期间，煤层巷道围岩变形中，顶板和底板围岩变形量明显高于两帮变形量，顶板岩层变形明显高于底板岩层变形。在顺槽掘进过程中，顶板形成的稳定结构块体发生了转动产生了运动，导致顶板岩层变形较大。由回采围岩变形曲线可以看出，在回采期间，巷道围岩变形较为一致，在通过上覆煤柱时，变形急剧加大。表明在回采过程中，上覆岩层结构发生破坏，上覆岩层发生了较大的下沉，使得顺槽围岩同时发生了较大的位移。

图3 永定庄煤矿多层采空区下回采工作面测站布置

图4 试验巷道收敛位移观测

图5 永定庄煤矿多采空区下15#煤层上顺槽掘进期间围岩变形曲线

图6 永定庄煤矿多采空区下15#煤层上顺槽回采期间围岩变形曲线

4 结论

(1)永定庄煤矿15#煤层开采时，分析和整理大量观测数据，开采8914工作面初次来压步距31 m，周期来压步距为17 m，来压时支架加权工作阻力的平均值为4 243 kN，增载系数为1.09～1.21，顶板来压强度较大，工作面矿压显现强烈。

(2)永定庄煤矿15#煤层开采时，上顺槽掘进期间开挖初期巷道围岩变形较大，且速度快，前10 d累计变形量为39.8 mm，占掘进期间总变形的88.4%，最大变形速度为7.2 mm/d。掘进期间，下位煤层巷道围岩变形中，顶板和底板围岩变形量明显高于两帮变形量，顶板岩层变形明显高于底板岩层变形。

(3)回采期间，巷道围岩变形较为一致，在通过上覆煤柱时，变形急剧加大，表明在回采过程中，上覆岩层结构发生破坏，上覆岩层发生了较大的下沉，使得顺槽围岩同时发生了较大的位移。

［1］ 谭云亮.矿山压力与岩层控制.北京：煤炭工业出版社，2010：80-130.

［2］ 刘飞，马华，丁言露.矿山压力及岩层控制原理.煤矿现代化，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

张春山，男，1965年12月出生，现在大同煤矿集团永定庄煤业有限责任公司工作，工程师。

2011-05-25

2011-06-15