極近距離煤層同采合理錯距研究

王月星

(1.河北工程大學(xué)礦山工程研究所,河北邯鄲 056038;2.冀中能源邯礦集團陽邑煤礦,河北武安 056305)

極近距離煤層同采合理錯距研究

王月星1,2

(1.河北工程大學(xué)礦山工程研究所,河北邯鄲 056038;2.冀中能源邯礦集團陽邑煤礦,河北武安 056305)

結(jié)合陽邑煤礦極近距離煤層同采的具體條件,采用理論計算及現(xiàn)場礦壓實測的方法,分析了陽邑煤礦極近距離煤層不同錯距下同采的可行性及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。結(jié)論表明,大青與下架工作面合理錯距保持在 20～25m范圍內(nèi),更有利于同采工作面采場及巷道的維護。生產(chǎn)實踐表明穩(wěn)壓區(qū)開采方案是安全、合理及可行的。

極近距離煤層;合理錯距;礦壓顯現(xiàn)

陽邑煤礦所有正規(guī)工作面已全部采完,目前主要以回收井筒煤柱維持礦井生產(chǎn)。礦井為向斜構(gòu)造,向斜軸南北長 2.6km,東西最寬 1.4km。8號(大青)、9號 (下架)為向斜軸中心位置殘采面,平均層間距 1.02m,屬極近距離煤層同采。

1 地質(zhì)條件

大青工作面位于一采區(qū)與六采區(qū)之間,北以原1862工作面終采線為界,以北為煤層采空區(qū);南以主井改造集中回風(fēng)巷保護線為界,以南為主井改造集中回風(fēng)巷、集中運輸巷;西至 2-6大青運輸巷;東至向斜軸運輸巷。

下架工作面位于礦井向斜軸中心部位,本工作面北以向斜軸北面終采線為界,以北為 1963、下架向斜軸北面、1952面采空區(qū);南以集中運輸巷和新水倉保護煤柱為界,以南為階段煤柱和 1915采空區(qū)及新水倉;東以東石門下架北面運輸巷為界,以東為采空區(qū);西以本面西運輸巷為界,以西為井筒下架保護煤柱。

大青面走向平均 244m,傾斜長平均 95m,傾角 17°。煤厚 1.45～1.83m,平均 1.55m。直接頂板為大青灰?guī)r,灰色,堅硬,性脆,裂隙充填方解石,裂隙溶洞發(fā)育,層厚平均 4.66m。直接底板灰色泥巖,細膩,質(zhì)軟,節(jié)理發(fā)育,層理明顯,有植物化石,層厚平均 1.02m。煤層為簡單結(jié)構(gòu)。

下架面走向平均 271m,傾斜長平均 94m,傾角 13°。煤厚 3.4～3.6m,平均 3.5m。煤層頂板為大青灰?guī)r;直接底為灰色泥巖,質(zhì)軟,細膩,含鋁土,平均層厚 5.11m,老底為鋁土質(zhì)泥巖粉砂巖及細砂巖,紫色細砂巖,含鋁土,局部具鮞狀構(gòu)造,平均層厚 28.1m。煤層含 1～2層夾石,厚度 0.35～0.4m,屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定煤層。

大青及下架工作面上部各含水層水均已疏干,相鄰采空區(qū)及工作面內(nèi)老巷積水已排除,水文地質(zhì)條件簡單;工作面瓦斯低;無煤塵爆炸危險。

2 工作面概況

為了盡量多回收煤炭資源,目前陽邑礦殘采面回采巷道均為沿空掘巷,大青及下架工作面位置關(guān)系如圖 1所示。

2.1 大青面基本概況

大青工作面采用 DZ12-30/100型單體液壓柱配 1m鉸接頂梁支護,一梁一柱,柱距為 0.7m,排距 1m,最大控頂距為 5.1m,最小控頂距 4.1m。

工作面采用爆破落煤,人工裝煤,機械運煤方式,施工工藝流程：打眼 (裝藥)—清煤—去點柱—移刮板機—建點柱—鋪底網(wǎng)—放頂—放炮—掛梁 (護頂)—攉煤—支柱—進入下一循環(huán)。

采空區(qū)頂板采用緩慢下沉法處理。

2.2 下架面基本概況

工作面采用 DZ20-30/100型單體液壓柱配2.4m∏型鋼梁支護,每 2根梁為 1對棚子,二梁五柱,機頭、機尾處為二梁六柱加強支護。對棚排距為 0.6m,柱排距 1m,最大控頂距為 3.4m,最小控頂距 2.4m。

工作面采用爆破落煤,人工裝煤,機械運煤。施工工藝流程：打眼 (裝藥)—放炮—移主梁(護頂)—裝運煤—移副梁 (放頂)—移刮板機。

采空區(qū)頂板采用全部垮落法處理。

2.3 回采巷道支護

大青及下架工作面回采巷道采用礦用工字鋼梯型棚支護。超前支護采用 HDJA-1200型金屬鉸接頂梁配以 500mm×500mm十字頂梁及 DZ22-30/100液壓支柱 (上幫用 DZ25-30/100液壓支柱)。大青回風(fēng) (運輸)巷自工作面煤壁起超前 20m加強支護,下架面超前煤壁 40m加強支護。

圖1 大青及下架工作面位置關(guān)系

3 合理錯距確定

目前確定極近距離煤層工作面合理錯距有 2種基本觀點[1]：

觀點一 合理的錯距應(yīng)保證下煤層工作面位于上煤層工作面開采形成的減壓區(qū)內(nèi),從而使下工作面開采時不但免受上工作面引起的動壓影響,且下工作面處于壓力降低區(qū),降低工作面支護強度。

觀點二 合理的錯距應(yīng)保證下煤層工作面在上煤層工作面開采頂板冒落穩(wěn)定后再開采,以保證下工作面不受上工作面煤層頂板冒落引起的沖擊壓力的影響。

根據(jù)目前近距離煤層同采工作面合理錯距的 2個基本觀點,結(jié)合陽邑煤礦大青面與下架面同采的具體條件,利用常規(guī)錯距理論計算公式,分析計算同采工作面合理錯距。

式中,M為煤層間距,平均 2.62m;δ為巖層移動角,取 45°;L為下架煤層工作面推進速度不均衡的安全距離,炮采工作面 L值可取 1.5～2倍周期來壓步距,即 15～20m;b為上部煤層工作面的最大控頂距,取 5.1m。

經(jīng)計算得,Xmin=22.7～27.7m。穩(wěn)壓區(qū)開采,大青面頂板冒落對下架面開采產(chǎn)生的動力擾動小;下架回采頂板發(fā)生巖層移動,不波及大青煤層的回采工作面;同時穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)開采,對于下架煤工作面的推進、放煤和工作面支護都是有利的。穩(wěn)壓區(qū)開采可保證上、下兩煤層工作面回采工作安全性。

依據(jù)“砌體梁”結(jié)構(gòu)假說,上煤層開采后,上位巖層能夠形成“砌體梁”式的平衡結(jié)構(gòu),下煤層工作面處于已破裂而互相擠壓的巖塊形成的結(jié)構(gòu)保護下[2]。因此,一般在上煤層工作面后方 0～20m的范圍內(nèi)形成減壓區(qū)。

減壓區(qū)開采理論的前提條件是下層煤必須有足夠厚度的頂板巖層,在下層煤回采過程中能夠形成穩(wěn)定性的頂板結(jié)構(gòu)保護下層煤回采空間。陽邑煤礦大青煤層與下架煤層之間僅有 1.02m泥巖夾層,如果下架煤層工作面布置在減壓區(qū),整個工作面上部懸空,工作面支護阻力非常小,相當(dāng)于工作面頂板大面積離層。如果下架頂板出現(xiàn)擾動或不穩(wěn),或支護整體性差,下架工作面易發(fā)生大面積冒頂和支柱推倒的嚴(yán)重事故。

4 礦壓觀測分析

4.1 觀測內(nèi)容

為了確定大青工作面采空區(qū)后方滯后支承壓力分布狀態(tài),保證下架工作面在穩(wěn)壓區(qū)范圍內(nèi)開采,下架西運輸巷超前支護單體支柱間隔 1～3m布置一測點,觀測單體支柱工作阻力[3-4],以此評價陽邑礦極近距離煤層同步開采錯距的合理性,驗證前面理論分析及計算的相關(guān)結(jié)論。

4.2 觀測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)下架西運巷超前單體液壓支柱礦壓觀測資料,整理得出大青與下架工作面不同開采錯距超前單體液壓支柱工作阻力曲線如圖 2(a)～ (c)。

圖2 下架西運輸巷超前單體液壓支柱工作阻力曲線

(1)從圖 2可以看出,在不同范圍開采錯距下,單體液壓支柱工作阻力變化曲線趨于一致,變化比較穩(wěn)定,而且有規(guī)律。說明極近距離煤層同采下部煤層礦壓顯現(xiàn)還是相對不明顯,在一定程度上說明常規(guī)錯距分析穩(wěn)壓區(qū)同采技術(shù)的可行性。

(2)大青面采空區(qū)后方壓力峰值分區(qū)明顯。兩峰值分別為大青頂板接底位置,下架工作面超前支承壓力。同采錯距 17～19m,兩峰值出現(xiàn)不同程度應(yīng)力疊加,巷道變形嚴(yán)重,下架工作面煤壁出現(xiàn)0.5m左右片幫現(xiàn)象,采場頂板曾出現(xiàn)漏空現(xiàn)象;同采錯距在 26～30m,兩壓力峰值距離約在 12m左右,巷道超前維護工作量大,且巷道維護距離較長,下架工作面端頭礦壓顯現(xiàn)明顯;同采錯距在20～25m,壓力峰值間存在一定安全距離,巷道礦壓顯現(xiàn)較小。

(3)煤層間距是下層煤開采對上層煤影響的主要因素。同采錯距越小,下煤層前方煤壁支承壓力增大區(qū)呈塑性破壞,將影響到上煤層控頂區(qū),并可能導(dǎo)致上煤層工作面支架失穩(wěn)或卸載。大青與下架煤層的平均層間距僅為 1.02m,當(dāng)錯距減小到大青頂板形成的“砌體梁”結(jié)構(gòu)保護的減壓區(qū)范圍時,對大青工作面的安全生產(chǎn)帶來不利影響。

5 結(jié)論

(1)陽邑煤礦在大青與下架工作面同采時,只能利用穩(wěn)壓區(qū)開采方案實施。

(2)根據(jù)大青與下架工作面錯距及上下工作面超前支承壓力影響范圍,生產(chǎn)過程中必須適時增加下架工作面超前支護范圍。

(3)穩(wěn)壓區(qū)范圍內(nèi)布置下架工作面,同采錯距應(yīng)保證大于 16～19m,陽邑煤礦生產(chǎn)過程中同采錯距控制在 20～25m,實施效果良好。

[1]周啟為 .王村礦極近距離煤層開采技術(shù) [J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006(3).

[2]王海山,強岱民,任守忠 .近距離煤層同采工作面的合理錯距 [J].煤礦安全,2002(11).

[3]錢鳴高,石平五 .礦山壓力與巖層控制 [M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[4]侯多茂 .近距離煤層開采時礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 [J].煤礦開采2007,12(6)：71-74.

[責(zé)任編輯：周景林 ]

Research on Rational Separation Distance of 2 Mining Faces in 2 Extremely-near Coal Seam s in Yangyi Colliery

WANG Yue-xing1,2
(1.Mine Engineering Research Institute,Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;2.Yangyi Colliery,Hankuang Group,Jizhong Energy,Wu’an 056305,China)

Combined with actual condition of Yangyi Colliery,theoretical calculation and underground pressure observation was used to analyze the feasibility of simultaneously mining 2 faces in extremely-near coal seams and underground pressure behavior rules.Results showed that the rational separation distance of 2 mining face was 20-25m which was favorable for keeping mining-field and roadway stable.Practice showed that the mining project was safe,rational and feasible.

extremely-near coal seams;rational separation distance;underground pressure behavior

TD823.81

A

1006-6225(2011)01-0038-03

2010-08-02

王月星 (1964-),男,河北臨漳人,工程師,在讀碩士生,現(xiàn)任陽邑煤礦副礦長、總工程師。