淺埋房式采空區(qū)下煤層長壁工作面礦壓顯現(xiàn)特征研究

戶九龍 朱 曄 楊桐茂

(1.北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司高頭窯煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014316； 2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

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淺埋房式采空區(qū)下煤層長壁工作面礦壓顯現(xiàn)特征研究

戶九龍1朱 曄2楊桐茂2

(1.北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司高頭窯煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014316； 2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

針對高頭窯煤礦G3-1102工作面回采期間礦壓顯現(xiàn)劇烈的現(xiàn)象，揭示了淺埋房式采空區(qū)下煤層長壁工作面礦壓顯現(xiàn)特征規(guī)律，研究了淺埋煤層回采工作面液壓支架壓架災(zāi)害發(fā)生的機理，對高頭窯煤礦安全高效生產(chǎn)有一定意義。

淺埋煤層，工作面，礦壓顯現(xiàn)，煤礦

1 工程概況

高頭窯煤礦位于鄂爾多斯盆地東勝煤田，井田內(nèi)大部可采煤層5層，即2-3，3-1，4-1，4-2，5-1煤層。高頭窯煤礦G3-1102工作面走向長240 m，回采長度2 724.8 m，煤層厚度3.1 m～5.1 m，埋深129.6 m～133.5 m，傾角1°～5°，煤層賦存較穩(wěn)定，煤層連續(xù)性較好，但厚度變化較大。煤層頂板為砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖，局部粗粒砂；底板多為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖，局部為粗粒砂巖。G3-1102工作面位于3-1煤輔助運輸大巷南側(cè)，G3-1104運輸順槽東側(cè)，其垂直上方為G2-3101，G2-3103綜采工作面采空區(qū)。兩工作面采空區(qū)間保護煤柱寬20 m，距G3-1102工作面兩順槽的水平距離分別為120 m和100 m。G3-1102工作面停采線距G2-3101工作面停采線水平距離為6.4 m，距G2-3103工作面停采線水平距離為45.5 m，高頭窯煤礦G3-1102工作面屬于典型淺埋房式采空區(qū)下煤層長壁工作面。

高頭窯煤礦G3-1102工作面范圍內(nèi)煤層產(chǎn)狀平緩近于水平，裂隙發(fā)育且破碎，頂?shù)装逯饕攒浫鯉r石為主，砂質(zhì)泥巖及粉砂巖遇水易軟化，對煤層頂板維護不利，且工作面位于上層2-3煤采空區(qū)及保護煤柱下，礦壓規(guī)律受2-3煤工作面采空區(qū)、保護煤柱、停采線、覆巖穩(wěn)定情況等因素綜合影響，因此分析研究G3-1102工作面回采期間礦壓顯現(xiàn)特征非常重要。

2 淺埋房式采空區(qū)下煤層長壁開采礦壓顯現(xiàn)特征

淺埋煤層是以埋深淺、基巖薄、上覆厚松散砂土為賦存特征的煤層，采用長壁開采時一般出現(xiàn)基本頂破斷，不易形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育直達(dá)地表、來壓有明顯動載現(xiàn)象的礦壓顯現(xiàn)特點[1-3]。東勝煤田煤層埋深淺，但也存在上覆厚風(fēng)積沙膠結(jié)和韌性差、采場頂板極易沿煤壁形成全厚切落、支護難度大、覆巖裂隙導(dǎo)通地表易造成涌水潰砂及采空區(qū)自燃發(fā)火等難題。

隨著開采強度逐年加大、加快，東勝煤田部分礦區(qū)已基本開采完第一層主采煤層，第二層主采煤層也開始回采，形成了“薄基巖頂板—煤柱+采空區(qū)—擾動頂板”上覆支承體結(jié)構(gòu)，工作面上覆結(jié)構(gòu)體的運移垮落特征和礦壓顯現(xiàn)規(guī)律較為復(fù)雜。由于上下煤層垂直距離較小，開采時相互有較大影響，具有顯著的煤層群開采特征，下煤層礦壓顯現(xiàn)強烈，在回采煤層過程中工作出現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)劇烈現(xiàn)象，液壓支架活柱容易發(fā)生瞬時大幅度下縮，部分支架甚至出現(xiàn)壓死、損毀等生產(chǎn)事故，嚴(yán)重威脅著礦井安全高效生產(chǎn)。

據(jù)不完全統(tǒng)計，自2007年以來，高頭窯煤礦周邊煤礦回采工作面液壓支架已累計發(fā)生各類嚴(yán)重壓架事故12起，造成直接經(jīng)濟損失近3億元，壓架災(zāi)害已成為影響神東礦區(qū)淺埋煤層安全高效生產(chǎn)的重要因素之一。因此，揭示淺埋房式采空區(qū)下煤層長壁工作面礦壓顯現(xiàn)特征規(guī)律，研究淺埋煤層回采工作面液壓支架壓架災(zāi)害發(fā)生機理，對神東礦區(qū)的安全高效生產(chǎn)意義重大。

3 G3-1102回采工作面礦壓顯現(xiàn)特征

3.1 工作面初采初放礦壓顯現(xiàn)特征

1)直接頂初次垮落情況。

G3-1102工作面直接頂垮落步距為14 m。工作面礦壓顯現(xiàn)：直接頂冒落高度超過2 m，冒落范圍超過工作面長度的60%，工作面頂板、煤壁均完好，液壓支架壓力未出現(xiàn)超過泵站壓力(31.5 MPa)的現(xiàn)象，淋水狀況未明顯變化。

2)老頂初次來壓情況。

G3-1102工作面初次來壓步距為37 m，老頂初次來壓顯現(xiàn)：煤壁片幫、頂板破碎均較嚴(yán)重，超過50副支架安全閥打開。

3)老頂周期來壓情況。

第一次周期來壓情況。G3-1102工作面第一次周期來壓位置：距離切眼52.2 m，第一次周期來壓步距15.2 m。周期來壓顯現(xiàn)：工作面支架部分安全閥打開，煤壁片幫嚴(yán)重，往后一天壓力又恢復(fù)正常；第二次周期來壓情況。G3-1102工作面第二次周期來壓位置：距離切眼63.4 m，第二次周期來壓步距11.2 m。來壓現(xiàn)象：工作面支架壓力大范圍超過泵站壓力且頂板和煤壁片幫嚴(yán)重。故綜合取周期來壓步距為13.2 m。

3.2 工作面末采期間及貫通后礦壓顯現(xiàn)

1)G3-1102工作面于2015年1月12日開始掛網(wǎng)(開始掛網(wǎng)位置距主回撤通道11 m)，進入末采階段，于2015年2月6日G3-1102工作面與G3-1102工作面主回撤通道貫通。

2)G3-1102工作面于2015年1月12日掛網(wǎng)完畢后，正常推進，在1月13日早班14:00推進到距主回撤通道4.8 m時，工作面大面積異常來壓，造成工作面內(nèi)43號、44號液壓支架壓死，40號～65號支架處溜槽下出現(xiàn)底鼓，主回撤通道內(nèi)頂板出現(xiàn)整體下沉，最大下沉量達(dá)0.70 m，兩幫最大鼓出量0.75 m。1月14日中班推進到距主回撤通道4.2 m時，工作面內(nèi)39號～45號、63號～70號液壓支架壓死，105號～110號液壓支架行程200 mm，主回撤通道內(nèi)頂板最大下沉量達(dá)0.87 m，兩幫最大鼓出量1.03 m,截止2月2日主回撤通道內(nèi)頂板最大下沉量達(dá)1.55 m，兩幫最大鼓出量1.04 m。工作面末采期間支架壓力如表1所示。

表1 工作面末采期間支架壓力統(tǒng)計

3)G3-1102工作面與G3-1102工作面主回撤通道貫通后，工作面頂板與主回撤通道頂板臺階較大，最大達(dá)3.0 m。由于工作面液壓支架頂梁與主回撤通道頂板距離落差較大，造成工作面液壓支架前梁均未挑住主回撤通道加強支護的工字鋼梁。且工作面19號～25號、97號～110號、130號～139號支架處形成較大網(wǎng)包。

4 結(jié)語

1)高頭窯煤礦G3-1102工作面正常開采過程中礦壓顯現(xiàn)正常，末采期間來壓顯著，尤其推進距停采線4.8 m范圍內(nèi)，出現(xiàn)支架壓死、底臌明顯，主回撤通道巷道變形量大的現(xiàn)象。

2)G3-1102工作面末采期間，位于上覆保護煤柱下近G3-1101工作面?zhèn)鹊闹Ъ苁紫瘸霈F(xiàn)大行程回縮，乃至被壓死的現(xiàn)象。

3)G3-1102工作面與主回撤通道貫通后，礦壓顯現(xiàn)劇烈的地點主要集中在上覆保護煤柱下兩側(cè)的區(qū)域。

[1] 邵小平，石平五.淺埋煤層工作面礦壓顯現(xiàn)特征對比試驗研究[J].煤炭技術(shù)，2010，29(6)：97-99.

[2] 朱現(xiàn)磊，楊仁樹，蔡志炯，等.大傾角松軟煤層綜放開采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(5)：25-28.

[3] 劉文崗.淺埋大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)特征及頂板災(zāi)害機理分析[J].煤礦開采，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

戶九龍(1974- )，男，工程師； 朱 曄(1993- )，男，在讀碩士； 楊桐茂(1992- )，男，在讀碩士

TD355

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