綜采工作面礦山壓力顯現(xiàn)特征研究

嚴(yán)孝文

摘要:由于厚硬頂板采場的礦壓顯現(xiàn)比較劇烈,頂板懸露面積大,頂板垮落時容易產(chǎn)生沖擊氣流和推垮型事故,因此掌握厚硬頂板采場礦山壓力基本規(guī)律,針對性的有效控制,是采場安全生產(chǎn)、消除重大頂板事故的關(guān)鍵。本文通過現(xiàn)場實測液壓支架阻力、頂板垮落特征來確定工作面礦壓顯現(xiàn)基本規(guī)律,對工作面的順利回采提供幫助。

關(guān)鍵詞:綜采工作面 堅硬頂板 礦山壓力顯現(xiàn) 支架適應(yīng)性

1 工作面概況及測點布置

1.1 工作面的地質(zhì)構(gòu)造特征 1117(1)工作面由一寬緩的背斜和向斜組成,其軸部近似東西方向,根據(jù)掘進(jìn)資料,工作面小斷層和層滑特別發(fā)育,整個工作面掘進(jìn)過程中共揭露正斷層34條,逆斷層3條,這些小斷層不僅破壞煤層的連續(xù)性,而且使工作面出現(xiàn)煤層變薄區(qū)。工作面走向長2613m,傾斜長240m。煤層傾角3°～10°,平均5°,煤層賦存總體比較穩(wěn)定,煤厚0.3～3.4m,平均2.47m,受構(gòu)造影響地段,煤層厚度變化較大。地面標(biāo)高為+23.1m～+24.03m,工作面標(biāo)高為-801.9m～-686.02m。井下位于北一采區(qū)中部,北為F87采區(qū)邊界斷層,南到工業(yè)廣場保護(hù)煤柱。

1.2 頂?shù)装鍘r層特征 偽頂為黑色較破碎泥巖,一般厚度為0.3m;直接頂為灰色粗粉砂巖,一般厚度為3.2m;老頂為灰色中砂巖,厚層狀,細(xì)中粒結(jié)構(gòu),鈣質(zhì)膠結(jié),層面含暗色礦物,具平行層理和交錯層理,厚度為18.56m;直接底為灰色泥巖,泥質(zhì)膠結(jié),含植物化石,夾1～2層薄煤層;厚度12.11m。

1.3 開采技術(shù)條件 工作面開采采用全部垮落法管理頂板,工作面支護(hù)采用ZY8800/18/38型掩護(hù)式支架,工作阻力8800kN,初撐力6443kN。支架最小控頂距5.037m,最大控頂距5.902m,放頂步距0.865m。工作面采用兩巷布置,機(jī)軌合一,巷寬5.0m, 高3.5m,采用鋼帶錨梁網(wǎng)桿支護(hù)和U型棚支護(hù),為運煤、進(jìn)風(fēng)順槽,并布置設(shè)備車;回風(fēng)巷寬4.5m,高3.2m,采用U型棚支護(hù),為回風(fēng)、運料順槽。

1.4 測點布置 為了觀測整個工作面的壓力情況,在工作面從下部到上部布置5個測區(qū),每一測區(qū)觀測2架,每架裝一塊礦用綜采數(shù)字壓力計,對液壓支架支柱阻力進(jìn)行測試。

為了觀測巷道內(nèi)壓力情況,在軌順和運順內(nèi)分別布3個測點,用單體支柱壓力表測試單體支柱壓力。并在軌道巷內(nèi)布置20個測點觀測巷道變形。

2 測試成果分析

2.1 直接頂初次垮落 當(dāng)運順推進(jìn)14.8m,軌順推進(jìn)7.3m時,15#～23#、132#～134#支架處采空區(qū)直接頂輕微冒落,24#～28#、36#～39#、80#～87#支架處采空區(qū)直接頂冒落塊度較大,40#～47#、72#～79#支架處采空區(qū)直接頂冒落高度較大,塊度較小。

2.2 老頂初次來壓和周期來壓

2.2.1 工作面老頂初次來壓 工作面直接頂初次垮落后,隨著工作面不斷向前推進(jìn),支架后方的直接頂隨支架的前移而冒落,機(jī)道上方頂板完整無裂隙。當(dāng)工作面推進(jìn)到距煤壁28m時,頂板開始響動,伴有炮聲;工作面推進(jìn)到32m處,采高2.5m左右,老頂初次來壓,煤壁有輕微片幫現(xiàn)象,采空區(qū)被冒落矸石覆蓋,并伴有悶聲現(xiàn)象;工作面9#～20#、44#液壓支架頂板出現(xiàn)較大淋水現(xiàn)象,75#支架可以看到老塘水從支架下方流向工作面;有4個支架安全閥開啟,支架最大載荷達(dá)到9180KN。

2.2.2 工作面的周期來壓 初次來壓后,工作面煤壁幾乎沒有片幫現(xiàn)象,循環(huán)支架載荷繼續(xù)呈增阻。工作面頂板各次周期來壓由于工作面在推進(jìn)過程中,受到煤層厚度變化、地質(zhì)構(gòu)造及推進(jìn)速度等各種復(fù)雜條件的影響,導(dǎo)致周期來壓時間不一致,來壓步距也不相同,即使在同一測區(qū),每次周期來壓步距也有差異。

以后的周期來壓都比較明顯。工作面第一次周期來壓步距的變化范圍在12.1m～20.25m,平均17.08m;工作面第二次周期來壓步距的變化范圍在11.2m～18.4m,平均14.05m;工作面第三次周期來壓步距的變化范圍在13.7m～18.7m,平均16.05m;工作面第四次周期來壓步距的變化范圍在11.2m～20.55m,平均14.71m;工作面周期來壓步距的變化范圍在8.2m～19.3m,平均14.13m。

工作面老頂周期來壓步距在8.2m～20.55m之間變化,周期來壓平均步距在14.05m～17.08m。來壓時壓力較大,安全閥有開啟現(xiàn)象。

2.3 過斷層的礦壓顯現(xiàn) 整個工作面有正斷層34條,逆斷層3條,斷層落差0.1～4.2m,這些小斷層不僅破壞煤層的連續(xù)性,而且使工作面出現(xiàn)煤層變薄區(qū)。在開采過程中,沒有出現(xiàn)破碎帶,按正常生產(chǎn)速度均順利通過斷層,工作面內(nèi)有明顯的斷裂面,而機(jī)道頂板均較完整,支架載荷也無明顯的增大,無其它異常礦壓顯現(xiàn)。

2.4 軌道巷礦壓顯現(xiàn)情況 軌順和運順的巷寬均為5m,均為鋼筋網(wǎng)-U型棚支護(hù),上下順槽均進(jìn)行20m超前支護(hù)。通過工作面生產(chǎn)證明,巷道維護(hù)是成功的。

2.5 支架載荷

2.5.1 支架初撐力 ZY8800/18/38支架額定初撐力為6443kN/架(當(dāng)泵站壓力為25MPa時),實際初撐力變化在1542～5961kN之間,實際支架初撐力比較低,約為支架額定初撐力的33.6%～40%,中上部支架初撐力略高,以統(tǒng)計數(shù)可看出最大初撐力已達(dá)到支架額定初撐力的92.52%。

2.5.2 支架載荷變化 從礦壓數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果得知,支架增阻明顯,沒有出現(xiàn)降阻型,而恒阻型占9.3%,增阻型占90.7%,其增阻類型分布見表1。

從末阻力統(tǒng)計來看,支架的循環(huán)末阻力比較低,約為支架額定初撐力的38.4%～40.7%,以統(tǒng)計數(shù)可知最大工作阻力達(dá)到支架額定工作阻力的99.98%。末阻力絕大部分在2100～4800kN之間,占總循環(huán)數(shù)的84.32%,4800～5700kN之間占總循環(huán)數(shù)的5.7%,大于等于5700kN的占總循環(huán)數(shù)的0%。其詳細(xì)統(tǒng)計結(jié)果見表2。

2.5.3 支架適應(yīng)性分析 由上述分析可知,來壓強(qiáng)度最大時為8799kN/架,支架最大實際支護(hù)強(qiáng)度為8800kN/架。ZY8800/18/38型液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度為1.006～1.066MPa,完全能符合支護(hù)強(qiáng)度要求,工作面共推進(jìn)1120m,經(jīng)歷了70次周期來壓的考驗,沒有發(fā)現(xiàn)支架本身損壞影響生產(chǎn)的情況,也說明該支架的總體性能滿足工作面生產(chǎn)的需要。

3 結(jié)論

3.1 該礦1711(1)工作面直接頂初次跨落步距14.8m,屬2b類中等穩(wěn)定頂板,老頂初次來壓步距為23.5～36.7m,來壓強(qiáng)度比較明顯,屬Ⅲ類老頂。

3.2 ZY8800/18/38型支架承受了最大超過8800kN的載荷,支護(hù)強(qiáng)度可滿足開采要求。高工作阻力掩護(hù)式支架對維護(hù)機(jī)道頂板起到了積極作用,避免了頂板破碎。其快速移架系統(tǒng)加快了移架速度。

3.3 周期來壓與非周期來壓期間壓力變化大,動載系數(shù)為1.83

參考文獻(xiàn):

[1]錢鳴高,石平五.礦山壓力與控制[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2003.

[2]杜計平,蘇景春.煤礦深井開采的礦壓顯現(xiàn)及控制[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2000.