浅埋煤层工作面矿压显现规律研究

张爱英

(陕西省安康学院经济与管理系,陕西省安康市,725000)

浅埋煤层工作面矿压显现规律研究

张爱英

(陕西省安康学院经济与管理系,陕西省安康市,725000)

介绍了浅埋煤层综采工作面初次来压和周期来压的特点,分析了红柳林煤矿首采工作面回采时工作面液压支架荷载的变化数据、工作面来压时荷载分布特征和地表移动特征,得出了红柳林煤矿的矿压显现规律。

综采工作面 矿压显现规律 初次来压 周期来压 来压步距

1 S1501综采工作面概况

榆神府矿区地表为松散土层所覆盖,煤层埋藏深度50～150 m,上覆基岩平均厚度为20～70 m,属典型的薄基岩浅埋煤层。S1501工作面位于红柳林煤矿南一盘区东部,此工作面地面位置位于矿井东部,地表为波状沙丘地,地势较为开阔。

1.1 工程地质条件

红柳林矿S1501工作面煤层厚度6.50～7.19 m,平均厚度6.92 m,走向东西,倾角1.0°左右,属厚煤层,煤层硬度大,普氏系数1.7～2.5,结构简单,在该工作面区域一般含夹矸1～2层,厚度一般在0.20～0.35 m左右,煤的容重为1.29 t/m3。5-2煤层具有煤尘爆炸性危险,属不易自燃煤层。顶板岩性以细粒砂岩为主,局部为粉砂岩、中粒砂岩,厚度1.60～32.00 m。煤层底板岩性以粉砂岩为主,细粒砂岩次之,厚度0.65～14.75 m。瓦斯成分以N2气为主,CO2次之,煤层瓦斯成分含量中CH4含量极其微弱,瓦斯分带属CO2～N2带。掘进巷道涌水主要为裂隙水,对掘进影响较大。

1.2 矿压测区布置

根据红柳林煤矿S1501工作面顶底板及采高变化情况,设上、中、下三个测区,如图1所示,观测的掩护式液压支架重点为,上测区11～15架;中测区86～90架;下测区161～165架。中部测区受两端煤柱及开采情况影响较小,其矿压显现量具有代表性,故为重点测区,观测项目需完备。上、下两测区距区段平巷护巷煤柱的距离应大于15 m,观测项目可酌情而定。如采煤工作面顶底板状况和采高没有显著变化,也可只设中部测区,适当增加观测线的数目即可。

工作面采用 ZY12000/28/63型液压支架,其参数:额定工作阻力为 12000kN,初撑力7916 kN;对地比压2.73～2.97 MPa;支架中心距1750mm;支撑高度2800～6300mm;支护强度大于1.24 MPa;推移行程 960mm;顶梁长度4710mm;底座总面积 4.02 m2;立柱中心距960mm。

图1 工作面测线测区布置图

2 S1501综采工作面来压规律分析

从2009年5月10日至6月19日,对首采面开切眼推进141.5 m的矿压显现规律进行了观测,得到了大量的实测数据。本次观测可以代表薄基岩厚松散层浅埋煤层工作面的矿压基本规律。工作面开采过程中的初次来压和周期来压步距如表1所示。

表1 工作面初次和周期来压步距

2.1 初次来压

如图2所示,S1501工作面推进至42.15 m时,开始大面积来压。上部测区老顶的初次来压步距为45.55 m,中部测区老顶来压的初次步距为42.15 m,下部测区初次来压步距为45.55 m。初次来压期间,来压猛烈,支架大部分达到或超过47.7 MPa,安全阀大部分开启。大量潜水从顶板裂隙涌入工作面,工作面煤壁片帮非常严重,最大时达到180mm,来压持续时间为2～3 d。

图2 S1501三测区工作面压力曲线

2.2 周期来压

实测期间工作面共出现6次周期来压,上测区周期来压步距9.9～21.5 m,平均为15.0 m。中部测区周期来压步距 9.3～21.5m,平均为14.4 m。下部测区周期来压步距11.05～21.5 m,平均为14.9 m。工作面周期来压期间出现顶板淋水增多,支架荷载急剧增大,活柱下缩量增加等现象。来压历时较短,仅为1 d左右。

2.3 工作面顶板破断及地表移动特点

工作面台阶下沉是顶板基岩沿全厚切落的结果,这是厚松散层下浅埋薄基岩煤层顶板破断的一个主要特点,已被初次来压时地表下沉观测所证实。初次来压时在对应的地表出现了高差约25 cm的地堑,如图3所示,表明覆岩破坏是贯通地表的,浅埋煤层没有出现传统的“三带”覆岩破坏特征,而只出现了冒落带和裂隙贯通带。

图3 S1501综采工作面地表沉陷

3 S1501工作面来压时空分布特征

3.1 初次来压

初次来压出现在5月19日至5月21日,工作面初次来压时支架荷载分布情况见图4。工作面推进到42.15 m至45.55 m时,工作面中部绝大部分支架工作阻力明显增大,表明工作面出现了初次来压。工作面来压时,中部较早来压,而工作面两侧区域来压较迟。中部区域来压持续时间较长,这是由顶板空间结构特征决定的。

图4 初次来压时支架荷载分布图

3.2 周期来压

首次周期来压开始于5月26日,第一次周期来压时的支架荷载分布情况见图5。可以看出工作面中部压力较大,这是周期来压时的一个典型特点。

图5 第1次周期来压时支架荷载分布图

4 工作面支架工作阻力分析

(1)支架初撑力。根据实测结果,工作面上中下3个测区的支架初撑力分别为6578 kN/架、6582 kN/架、6584 kN/架,相当于额定初撑力7916 kN的83.1%。工作面支架初撑力自保状况良好,初撑力一般分布于6200～7400 kN之间,其占支架总数的82%,说明支架初撑力正常。

(2)支架工作阻力。整个观测期间,支架最小工作阻力为4700 kN/架,最大工作阻力为12860 kN/架。平均工作阻力为8900 kN/架,为额定工作阻力的74.16%。工作阻力在10000 kN/架以内的约占支架总数的66.4%,大于12000 kN/架的仅占3.3%,说明支架平时工作阻力并不大,只有来压时支架工作阻力才超过额定值。

5 结论

(1)红柳林煤矿首采工作面来压时,初次来压步距约为42.15～45.55 m,来压时间持续2～3 d,周期来压步距为9.9～21.5m,来压时间1 d。中部测区来压较早,而工作面两侧区域来压较迟,中部测区来压持续时间较长,这是由顶板空间结构特征决定的。周期来压时工作面中部压力较大,这是周期来压时的一个典型特点。

(2)综采面回采时没有出现典型的“三带”,而只出现了冒落带和裂缝贯通带。从而导致地表出现地堑。

[1]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究[M].北京:中国矿业大学出版社,2000

[2]卢鑫,张东升等.厚砂层薄基岩浅埋煤层矿压显现规律研究[J].煤矿安全,2008(9)

[3]侯忠杰.地表厚松散层浅埋煤层组合关键层的稳定性分析[J].煤炭学报,2000(2)

[4]王福.浅埋煤层长壁开采矿压显现规律[J].内蒙古煤炭经济,2008(1)

[5]侯忠杰.浅埋煤层关键层研究[J].煤炭学报,1999(4)

(责任编辑 张毅玲)

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

张爱英(1981-),女,河南周口人,讲师,硕士,主要从事于工程结构可靠度分析及岩土工程稳定性分析的研究。