淺埋薄基巖綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基巖厚度效應(yīng)

劉全明

(1.天地科技股份有限公司，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán) 國際工程有限公司，北京 100013)

淺埋薄基巖綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基巖厚度效應(yīng)

劉全明1,2

(1.天地科技股份有限公司，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán) 國際工程有限公司，北京 100013)

[摘要]采用現(xiàn)場實測法，對千樹塔煤礦11305綜放工作面基巖厚度不同時的各回采階段礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明：對于淺埋薄基巖綜放工作面，當(dāng)埋深和煤層厚度相近時，基巖厚度越小，周期來壓步距越小，而其對應(yīng)的動載系數(shù)和平均循環(huán)末阻力卻增大，即其越不利于綜放工作面安全回采。因此當(dāng)基巖厚度較小時，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，加強頂板控制，確保綜放工作面的安全。研究結(jié)論對淺埋薄基巖綜放工作面頂板控制具有重要的指導(dǎo)意義和實踐價值。

[關(guān)鍵詞]淺埋深；薄基巖；礦壓顯現(xiàn)；綜放開采；基巖厚度

榆林礦區(qū)是國家規(guī)劃的13個大型煤炭建設(shè)基地之一，全市探明儲量占全省的86%，占全國探明儲量的12%[1]。該地區(qū)大量賦存著埋藏深度小于250m，基巖厚度小且變化比較大(圖1)、厚度大于7.0m的特厚煤層。該類煤層目前均采用了綜放開采，具有代表性的煤礦有柳巷、麻黃梁、雙山、千樹塔、柳塔等煤礦[2-4]。上述煤礦綜放開采實踐表明：綜放開采覆巖破壞直接波及地表，上覆巖層中無法形成完整的“三帶”[5]，工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，與普通埋深、厚基巖條件下綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，特別是同一綜放工作面不同回采階段礦壓顯現(xiàn)特征有所不同。

圖1　千樹塔煤礦基巖厚度等值線

通過分析榆林礦區(qū)具有代表性的千樹塔煤礦同一綜放工作面可知：由于煤層厚度穩(wěn)定、賦存條件簡單，工作面內(nèi)無特別明顯的溝谷、斷層等地質(zhì)構(gòu)造存在。在綜放支架等客觀因素一定的前提下，影響該工作面礦壓顯現(xiàn)的主要因素是埋深和基巖層厚度。本文基于千樹塔11305綜放工作面賦存條件，根據(jù)鉆孔柱狀，選取埋深相同、基巖厚度不同的回采區(qū)間，采用現(xiàn)場礦壓實測對基巖層厚度變化對綜放工作面礦壓的影響進(jìn)行深入研究，以期指導(dǎo)綜放工作面巖層控制和安全回采。

1工作面概況

千樹塔煤礦11305綜放工作面煤層平均厚度10.63m，煤層傾角1°，堅固性系數(shù)2.57。工作面頂板基巖層以泥巖、長石砂巖為主，直接底為泥巖，老底為粉砂巖，基巖層厚度64～118.48m。工作面走向長度1938m，傾向長度200m，平均割煤高度3.5m，平均放煤高度7.13m。綜放設(shè)備為：采煤機MG750/1860-WD，前后刮板輸送機SGZ1000/2×700，轉(zhuǎn)載機SZZ1200/525，綜放支架ZF16000/24/45。

2基巖厚度對綜放面礦壓顯現(xiàn)的影響

為了研究礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與基巖厚度的關(guān)系，對比研究了工作面兩個不同推進(jìn)階段(埋深近似相同)分別為349～482m(埋深179.6m，基巖層厚度104.01m)和1643～1798m(埋深180.7m，基巖層厚度62.49m)時的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，如圖2～圖3和表1～表3所示。

圖2　推進(jìn)距離為349～482m期間支架工作阻力

圖3　推進(jìn)距離為1643～1798m期間支架工作阻力

來壓情況描述30號支架步距/m動載系數(shù)60號支架步距/m動載系數(shù)90號支架步距/m動載系數(shù)第1次周期來壓25.601.26824.001.23422.801.316第2次周期來壓20.901.21526.301.17422.901.305第3次周期來壓27.701.21719.001.19519.801.177第4次周期來壓25.101.27825.201.20225.101.346第5次周期來壓25.401.27120.901.26520.801.268

表2　推進(jìn)距離為1643～1798m期間來壓情況統(tǒng)計

研究得出：工作面推進(jìn)349～482m時，最大來壓步距27.70m，平均23.60m，最大動載系數(shù)1.346，平均1.249；工作面推進(jìn)1643～1798m時，最大來壓步距23.2m，平均21.9m，最大動載系數(shù)1.469，平均1.299。

綜上所述：埋深和煤層厚度相近時，基巖厚度越小，周期來壓步距越小，而其對應(yīng)的動載系數(shù)和平均循環(huán)末阻力卻增大。根據(jù)淺埋深礦壓理論，埋深相同時，基巖厚度越小，則松散層厚度越大，則作用在基巖層上的載荷越大，加上基巖層較薄，基巖結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，較大的載荷與較薄的基巖層，導(dǎo)致基巖結(jié)構(gòu)更容易失穩(wěn)，從而造成周期來壓步距隨基巖厚度的減小而減小?；鶐r層較薄時，基巖中無法形成穩(wěn)定的“鉸接巖梁”結(jié)構(gòu)，上覆層出現(xiàn)切落式垮落，礦壓顯現(xiàn)較為強烈，同樣因為較大的載荷與較不穩(wěn)定的基巖結(jié)構(gòu)，從而造成動載系數(shù)和平均循環(huán)末阻力隨著基巖厚度的減小而增大。這與普通綜放工作面周期來壓步距小，而其對應(yīng)的動載系數(shù)和平均循環(huán)末阻力減小的普通埋深綜放理論存在差異。由于該結(jié)論僅是兩個區(qū)間對比的結(jié)果，有一定的局限性，為了進(jìn)一步掌握淺埋薄基巖綜放工作面基巖厚度對支架工作阻力的影響，有必要選取多個推進(jìn)區(qū)間進(jìn)行監(jiān)測，得出規(guī)律性認(rèn)識。

表3　基巖厚度不同條件下支架來壓情況對比

3支架工作阻力的基巖厚度效應(yīng)

11305綜放工作面基巖厚度為64～118.48m，回采期間選取6個不同基巖厚度階段的支架平均工作阻力進(jìn)行對比分析(表4)，支架工作阻力與基巖厚度的關(guān)系如圖4所示。

表4　不同基巖厚度條件下支架工作阻力

圖4　支架工作阻力與基巖厚度關(guān)系

分析表4和圖4可知：隨著基巖厚度的增加，支架工作阻力呈對數(shù)減小，對數(shù)關(guān)系式為y=-1094.6ln(x)+11031。根據(jù)綜放采場礦壓理論，基巖厚度越大，覆巖自穩(wěn)能力越強，上覆巖層越容易形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，綜放工作面礦壓顯現(xiàn)越不明顯，越有利于保證綜放工作面安全。因此在淺埋深薄基巖煤層賦存條件下，當(dāng)基巖厚度較小，綜放工作面礦壓顯現(xiàn)越明顯，必須制定相應(yīng)的措施確保綜放工作面的安全。

4結(jié)論

(1)對于淺埋薄基巖綜放工作面，當(dāng)埋深和煤層厚度相近時，基巖厚度越小，周期來壓步距越小，而其對應(yīng)的動載系數(shù)和平均循環(huán)末阻力卻增大。

(2)淺埋薄基巖綜放工作面基巖厚度越小，支架平均工作阻力越大，則越不利于綜放工作面回采安全。因此當(dāng)基巖厚度較小時，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施，加強頂板控制，確保淺埋深薄基巖綜放工作面的安全。

[參考文獻(xiàn)]

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[責(zé)任編輯：潘俊鋒]

Basement Rock Thickness Effect of Rock Pressure Law of Fully Mechanized Top Coal Caving Face with Shallow Depth and Thin Basement Rock

LIU Quan-ming1,2

(1.Tiandi Science & Technology Co.，Ltd.，Beijing 100013，China；2.China coal technology & engineering international project Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

Abstract：Rock pressure law in different mining stage that with different basement rock thickness of 11305 fully mechanized top coal caving working face in Qianshuta coal mine were compared by filed measurement.The results showed that in fully mechanized top caving face with shallow depth and thin basement rock，when buried depth and coal seam thickness almost the same，cyclic weighting interval decreased with basement rock thickness decreased，but the values of dynamic loading coefficient and an average cycle end resistance increased，it’s adverse to mining safety of fully mechanized top coal caving face.When basement rock thickness was small，roof control should be strengthening to ensure the safety of working face.The conclusions present important guidance and practical value to roof control of fully mechanized top coal caving working face with shallow depth and thin basement rock.

Keywords：shallow buried depth；thin basement rock；rock pressure law；fully mechanized top coal caving face；basement rock thickness

[收稿日期]2015-09-21[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2016.03.026

[基金項目]國家自然科學(xué)基金資助項目(5150041158)；天地科技股份有限公司技術(shù)創(chuàng)新基金(KJ-2014-TDGJ-02)

[作者簡介]劉全明(1977-)，男，四川南充人，博士，副研究員，現(xiàn)任中煤科工集團(tuán)國際工程有限公司副總經(jīng)理，研究方向為采礦工程礦山壓力與巖層控制技術(shù)。

[中圖分類號]TD323

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1006-6225(2016)03-0098-03

[引用格式]劉全明.淺埋薄基巖綜放面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的基巖厚度效應(yīng)[J].煤礦開采，2016，21(3)：98-100.