浅埋房式采空区下煤层长壁工作面矿压显现特征研究

户九龙 朱 晔 杨桐茂

(1.北方联合电力有限责任公司高头窑煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 014316； 2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)



浅埋房式采空区下煤层长壁工作面矿压显现特征研究

户九龙1朱 晔2杨桐茂2

(1.北方联合电力有限责任公司高头窑煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 014316； 2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)

针对高头窑煤矿G3-1102工作面回采期间矿压显现剧烈的现象，揭示了浅埋房式采空区下煤层长壁工作面矿压显现特征规律，研究了浅埋煤层回采工作面液压支架压架灾害发生的机理，对高头窑煤矿安全高效生产有一定意义。

浅埋煤层，工作面，矿压显现，煤矿

1 工程概况

高头窑煤矿位于鄂尔多斯盆地东胜煤田，井田内大部可采煤层5层，即2-3，3-1，4-1，4-2，5-1煤层。高头窑煤矿G3-1102工作面走向长240 m，回采长度2 724.8 m，煤层厚度3.1 m～5.1 m，埋深129.6 m～133.5 m，倾角1°～5°，煤层赋存较稳定，煤层连续性较好，但厚度变化较大。煤层顶板为砂质泥岩、细粒砂岩，局部粗粒砂；底板多为粉砂岩、砂质泥岩、细粒砂岩，局部为粗粒砂岩。G3-1102工作面位于3-1煤辅助运输大巷南侧，G3-1104运输顺槽东侧，其垂直上方为G2-3101，G2-3103综采工作面采空区。两工作面采空区间保护煤柱宽20 m，距G3-1102工作面两顺槽的水平距离分别为120 m和100 m。G3-1102工作面停采线距G2-3101工作面停采线水平距离为6.4 m，距G2-3103工作面停采线水平距离为45.5 m，高头窑煤矿G3-1102工作面属于典型浅埋房式采空区下煤层长壁工作面。

高头窑煤矿G3-1102工作面范围内煤层产状平缓近于水平，裂隙发育且破碎，顶底板主要以软弱岩石为主，砂质泥岩及粉砂岩遇水易软化，对煤层顶板维护不利，且工作面位于上层2-3煤采空区及保护煤柱下，矿压规律受2-3煤工作面采空区、保护煤柱、停采线、覆岩稳定情况等因素综合影响，因此分析研究G3-1102工作面回采期间矿压显现特征非常重要。

2 浅埋房式采空区下煤层长壁开采矿压显现特征

浅埋煤层是以埋深浅、基岩薄、上覆厚松散砂土为赋存特征的煤层，采用长壁开采时一般出现基本顶破断，不易形成稳定结构、裂隙发育直达地表、来压有明显动载现象的矿压显现特点[1-3]。东胜煤田煤层埋深浅，但也存在上覆厚风积沙胶结和韧性差、采场顶板极易沿煤壁形成全厚切落、支护难度大、覆岩裂隙导通地表易造成涌水溃砂及采空区自燃发火等难题。

随着开采强度逐年加大、加快，东胜煤田部分矿区已基本开采完第一层主采煤层，第二层主采煤层也开始回采，形成了“薄基岩顶板—煤柱+采空区—扰动顶板”上覆支承体结构，工作面上覆结构体的运移垮落特征和矿压显现规律较为复杂。由于上下煤层垂直距离较小，开采时相互有较大影响，具有显著的煤层群开采特征，下煤层矿压显现强烈，在回采煤层过程中工作出现矿压显现剧烈现象，液压支架活柱容易发生瞬时大幅度下缩，部分支架甚至出现压死、损毁等生产事故，严重威胁着矿井安全高效生产。

据不完全统计，自2007年以来，高头窑煤矿周边煤矿回采工作面液压支架已累计发生各类严重压架事故12起，造成直接经济损失近3亿元，压架灾害已成为影响神东矿区浅埋煤层安全高效生产的重要因素之一。因此，揭示浅埋房式采空区下煤层长壁工作面矿压显现特征规律，研究浅埋煤层回采工作面液压支架压架灾害发生机理，对神东矿区的安全高效生产意义重大。

3 G3-1102回采工作面矿压显现特征

3.1 工作面初采初放矿压显现特征

1)直接顶初次垮落情况。

G3-1102工作面直接顶垮落步距为14 m。工作面矿压显现：直接顶冒落高度超过2 m，冒落范围超过工作面长度的60%，工作面顶板、煤壁均完好，液压支架压力未出现超过泵站压力(31.5 MPa)的现象，淋水状况未明显变化。

2)老顶初次来压情况。

G3-1102工作面初次来压步距为37 m，老顶初次来压显现：煤壁片帮、顶板破碎均较严重，超过50副支架安全阀打开。

3)老顶周期来压情况。

第一次周期来压情况。G3-1102工作面第一次周期来压位置：距离切眼52.2 m，第一次周期来压步距15.2 m。周期来压显现：工作面支架部分安全阀打开，煤壁片帮严重，往后一天压力又恢复正常；第二次周期来压情况。G3-1102工作面第二次周期来压位置：距离切眼63.4 m，第二次周期来压步距11.2 m。来压现象：工作面支架压力大范围超过泵站压力且顶板和煤壁片帮严重。故综合取周期来压步距为13.2 m。

3.2 工作面末采期间及贯通后矿压显现

1)G3-1102工作面于2015年1月12日开始挂网(开始挂网位置距主回撤通道11 m)，进入末采阶段，于2015年2月6日G3-1102工作面与G3-1102工作面主回撤通道贯通。

2)G3-1102工作面于2015年1月12日挂网完毕后，正常推进，在1月13日早班14:00推进到距主回撤通道4.8 m时，工作面大面积异常来压，造成工作面内43号、44号液压支架压死，40号～65号支架处溜槽下出现底鼓，主回撤通道内顶板出现整体下沉，最大下沉量达0.70 m，两帮最大鼓出量0.75 m。1月14日中班推进到距主回撤通道4.2 m时，工作面内39号～45号、63号～70号液压支架压死，105号～110号液压支架行程200 mm，主回撤通道内顶板最大下沉量达0.87 m，两帮最大鼓出量1.03 m,截止2月2日主回撤通道内顶板最大下沉量达1.55 m，两帮最大鼓出量1.04 m。工作面末采期间支架压力如表1所示。

表1 工作面末采期间支架压力统计

3)G3-1102工作面与G3-1102工作面主回撤通道贯通后，工作面顶板与主回撤通道顶板台阶较大，最大达3.0 m。由于工作面液压支架顶梁与主回撤通道顶板距离落差较大，造成工作面液压支架前梁均未挑住主回撤通道加强支护的工字钢梁。且工作面19号～25号、97号～110号、130号～139号支架处形成较大网包。

4 结语

1)高头窑煤矿G3-1102工作面正常开采过程中矿压显现正常，末采期间来压显著，尤其推进距停采线4.8 m范围内，出现支架压死、底臌明显，主回撤通道巷道变形量大的现象。

2)G3-1102工作面末采期间，位于上覆保护煤柱下近G3-1101工作面侧的支架首先出现大行程回缩，乃至被压死的现象。

3)G3-1102工作面与主回撤通道贯通后，矿压显现剧烈的地点主要集中在上覆保护煤柱下两侧的区域。

[1] 邵小平，石平五.浅埋煤层工作面矿压显现特征对比试验研究[J].煤炭技术，2010，29(6)：97-99.

[2] 朱现磊，杨仁树，蔡志炯，等.大倾角松软煤层综放开采矿压显现规律研究[J].煤炭科学技术，2014，42(5)：25-28.

[3] 刘文岗.浅埋大采高综采工作面矿压显现特征及顶板灾害机理分析[J].煤矿开采，2011，16(5)：73-76.

The study of characteristic of strata behavior in shallow buried room longwall coal face under goaf

Hu Jiulong1Zhu Ye2Yang Tongmao2

(1.GaotouyaoMine,NorthUnitedPowerCo.,Ltd,Ordos014316,China; 2.SchoolofMechanics&CivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

In view of the severe strata behaviors phenomenon of Gaotouyao coal mine G3-1102 working surface during mining period, this paper revealed the strata behaviors characteristics law of shallow buried room type gob small coal seam coal wall, researched the mechanism of shallow buried coal seam working surface hydraulic support crushing disaster, had certain significance for the safety and efficient production of Gaotouyao coal mine.

underlying coal bed, working surface, strata behaviors, coal mine

1009-6825(2016)05-0078-02

2015-12-09

户九龙(1974- )，男，工程师； 朱 晔(1993- )，男，在读硕士； 杨桐茂(1992- )，男，在读硕士

TD355

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