近距离煤层上层采空区及煤柱对下层开采的矿压显现规律
收稿日期:2006-08-28
作者简介:兰奕文(1972-),男,山西大同人,大学本科,工程师,从事采煤技术工作。
第26卷 第4期2006年12月
山 西 煤 炭SHA N XI CO AL
V ol 126 N o.4 D ec.2006
技术研究
近距离煤层上层采空区及煤柱对下层开采的矿压显现规律
兰奕文
(大同煤矿集团公司四台矿,山西大同037007)
摘 要:四台矿12号层402盘区开采过程中需反复斜交过上覆采空区间煤柱,通过多种矿压观测手段分析了首采面8206面开采过程中的采场来压规律及过应力集中煤柱的矿压规律,对该盘区其他相同条件工作面及类似条件下回采采场围岩控制具有工程决策意义。
关键词:近距离煤层;采空区;煤柱;矿压显现
中图分类号:T D 323 文献标识码:A 文章编号:1672-5050(2006)04-0020-03
1 概述
四台矿11号层402盘区南翼因受小窑破坏及构造影响,布置辅助盘区巷,在回采12号层402盘区南翼时,为提高煤炭回收率,确保盘区边界两块三
角煤的回收,盘区巷道布置与11号层辅助盘区巷45b 斜交,回采期间工作面将反复过上覆11号层采空区间煤柱。
12号层402盘区首采面8206面位于盘区中部,工作面标高为1022.6m ~1039.7m ,采深168.5m ~267m 。本工作面煤层属于12-2号层煤,煤层平均厚度3.38m,煤层倾角1.2b ~7.4b ,平均4.3b ,与11号层层间距平均为15.3m 。老顶为中、粗砂岩,厚1.5m~10.21m;直接顶为粉细砂岩互层,厚0.2m~9.78m,层理节理发育,易垮落;直接底为粉细砂岩互层,平均厚度9.66m 。
工作面长度150m,可采走向长度940m,走向长度990m,采高3.10m 。工作面上覆斜交11号层8204、8206、8208、8210、8212工作面,煤柱宽度为18m 与该工作面成45b 角,共跨4个煤柱区域。如图1所示。
工作面使用M G300/700AWD 电牵引采煤机,SGZ830/630型刮板运输机运煤,ZZ6000-21/35型支撑掩护式支架102架。
2 矿压观测方案及仪器布置
沿工作面方向按三区五线布置,即分别将YT L )610园图压力自记仪安装在10号、50号、52号、54号、93号架,每条测线上安装两块表即前柱、后柱,工作面最后一个架102号架的进液管安装一个压力表,监测液压系统的末端压力,每架安装FZB )60A )2型耐震双针压力表,进行液压支架的支护阻力监测,确保支架的初撑力。在机巷压力集中区安设测杆及M C -80型锚索压力表进行巷道位移观测和压力观测。
3 顶板来压规律实测分析
3.1 直接顶垮落步距实测分析
当工作面头部推进13m 时,端头至4号架悬板未塌,4号架至55号架悬板塌落;中部56号~85号架悬板未塌落;尾部推进22m 时,86号~99号架尾部悬板塌落,端头~102架未塌落;当工作面头推进14m 时,悬板7@12m 2
没塌落;尾推进36m 时,80号~85号架,尾部悬板5@13m 2未塌落;当工作面推进到头14m 、尾40m 时悬板全部塌落。当工作面头推进14m 时,中部推进26m 时,尾部推进40m 时,顶板初次垮落,平均值为27m,故顶板初次垮落步距27m 。
图112号层402盘区8206工作面上覆采空区示意图
3.2初次来压规律的实测分析
本工作面从2004年12月6日开始生产到2005年7月6日停产结束历时7个月,共推进935 m。观测到的老顶初次来压步距是机巷42m,风巷61m,机巷及工作面1号~30号架顶板破碎,顶板有压力,受上覆煤柱的影响,对工作面回采影响较大,煤壁片帮深度(0.2m~0.3m)活柱下缩量明显增大(30mm~50mm),顶底板移近量(20mm~35 mm),闷炮巨响,支架立柱安全阀开启,38号~53号架上覆受煤柱影响顶板有压力较明显,73号架支架后柱行程0.15m,尾部在采空区下压力不明显。由此推断,该工作面发生初次来压。
3.3周期来压规律的实测分析
观测期间,8206面除老顶初次来压外,共发生周期来压25次。其中最大来压步距50.5m,最小来压步距10.5m,平均34.7m。
3.4来压强度分析
a1实体煤下:最大工作阻力为5810kN,最小工作阻力为4814kN,其周期来压时支架平均工作阻力为5310kN,非周期来压时支架平均工作阻力为4648kN,因此,来压强度平均为1.14,历次来压强度最大为1.25,最小为1.04。
b1采空区下:最大工作阻力为5312kN,最小工作阻力为4317kN,其周期来压平均值为4815 kN,非周期来压时支架平均工作阻力为4317kN,因此,来压强度平均为1.12,历次来压强度最大为1.23,最小为1.0。
c1煤柱下:最大工作阻力为5644kN,最小工作阻力为4980kN,其周期来压时支架平均工作阻力为4914kN,非周期来压时支架平均工作阻力为4556kN,因此,来压强度平均为1.09,历次来压强度最大为1.24,最小为1.08。
d1进出采空区煤柱区域:最大的工作阻力为5644kN,最小工作阻力为4565kN,其周期来压时支架平均工作阻力为4648kN,非周期来压时支架平均工作阻力为4565kN,因此来压强度平均为1.02,历次来压强度最大为1.24,最小为1.0。
4工作面进出煤柱及煤柱下顶板压力显现分析
该工作面上覆斜交11号层8204、8206、8208、8210、8212工作面,煤柱宽度为18m,与该工作面成45b角,共跨4个煤柱区域。在过煤柱期间矿压显现明显,岩层裂断,顶板产生明显的沉降,支架载荷增大,煤柱3、煤柱4对工作面影响很大,煤柱1、煤柱2对回采影响略轻。过煤柱期间具体矿压显现如下(以过煤柱4为例):
a1工作面推进至采空区煤柱区域前20m范围内,机巷矿压显现较为明显,工作面所对应的1号~ 10号架、端头、超前支护30m内压力较明显,片帮严重;风巷矿压显现不明显。工作面情况1号~6号架顶板压力增大,园图仪最大工作阻力35MPa,最小28MPa;双针表压力显示最大33M Pa,最小22M Pa,平均27.8M Pa。
b1当工作面位于上覆应力集中煤柱区域下时,为防止压力过大产生漏顶事故,采取了快速推进的方法,虽然工作面推进速度较快,但工作面压力显现仍较明显,片帮深度0.1m~0.3m,并有伪顶塌落,在采空区煤柱区域实体煤前后20m范围内与在采空区煤柱区域实体煤下,工作阻力增大,园图仪最工作阻力36MPa,最小29M Pa;双针表的压力显示最大34MPa,最小19M Pa,平均29.6MPa;双针表压力显示最大34MPa,最小21M Pa,平均28.5MPa。
c1出采空区煤柱区域前5m~10m范围内,工作面工作阻力最大34MPa,最小27MPa,两帮煤体和顶底板在动压冲击下向着采动空间移动,导致顶底板与两帮的移近量增大和移近速度加快,以及顶板压力增大,在机巷反应较为突出,下沉量增大0.2m~ 0.3m,片帮严重。端头、超前40m范围内顶板下沉速度加快,下沉量增大0.1m~0.3m,压力增大,片帮煤深度0.3m~0.6m。双针表压力显示最大34M Pa,最小为20M Pa,平均为26.5MPa。
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第4期兰奕文:近距离煤层上层采空区及煤柱对下层开采的矿压显现规律
d1当工作面进出及在煤柱下回采时,顶板压力显现明显,进入采空区域后,顶板压力显现明显减弱,因此,巷道围岩(煤)体承受的支承压力作用小,不会对工作面推进及巷道造成影响,巷道容易维护和保持稳定。双针表显示工作阻力:最大32M Pa、最小14MPa、平均20.8M Pa;园图仪初撑力16 MPa、工作阻力最大33M Pa、最小26M Pa,对工作面的正常生产没有影响。
5支架合理工作阻力确定
综采支架合理工作阻力确定有许多方法,如实测数据确定、回归公式确定以及/砌体梁结构0力学模型确定方法等。
a1数理统计的回归公式估算
在全国综采支架工作阻力实测统计分析的基础上,太原理工大学靳钟铭教授提出回归公式,即:
p e=k(8L0+200),(1)式中:p e)))额定工作阻力,kN/m2;
L0)))老顶的来压步距最大值,m;
k)))富裕系数,取1~1.5。采高小于1.5m 时,取k=1;大于3.5m时,取k=1.5。
8206面的L0=51.5m,k=1.2,将参数代入式(1)可得支架的额定支护强度计算值为p e=734.4 kN/m2。8206面所用ZZ6000-21/35型支撑掩护式支架,顶梁面积为A=7.08m2,则需要的支架额定工作阻力为P e=p e@A=5199.55kN,按此式计算,选用支架工作阻力足够。
b1按顶板分类中支架支护强度确定
在《缓倾斜煤层顶板分类方案》中,依据基本顶分级,需要的额定支护强度下限确定参数。
据观测,基本顶(老顶)的初压步距为27m,而采空区充填系数
N=E h/h m=415/311=1145。
按照基本顶的分级标准,12号402盘区应为来压明显的Ⅱ级顶板,根据基本顶必须的额定支护强度下限的规定应取额定支护强度下限为q e=550 kPa,取115的安全系数,则需要的支架合理工作阻力为:
p e=k s@q e@A=5841kN<6000kN。
因此,现用支架额定工作阻力可满足支护要求。6结论
综上所述,对12号402盘区近距离煤层下分层开采及过上覆应力集中煤柱过程中,采用多种矿压观测手段进行了采场来压规律和矿压规律显现的观测研究,并选用ZZ6000)21/35型支撑掩护式支架可以满足生产安全需要的。
参考文献:
[1]钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社,1992.
[2]靳钟铭,徐林生.煤矿坚硬顶板控制[M].北京:煤炭工业出版社,1997.
The Strata Behaviors of Mining under Goaf and Coal Pillars
LAN Y-i wen
(Sitai M ine,Dato ng Coal G ro up,D atong Shanxi037007,China)
Abstract:The402panel o f No.12seam in sitai mine w as repeatedly thr ough the zone under goaf and coal pillars,the m ining str ata behaviors and the rock pressures under stress-concentrated coal pillars are observed by mult-i means,w hich offered a meaning ful reference for the surrounding rock control under sim ilar co nditions.
Key words:near seam;goaf;co al pillar;strata behavior
本文责任编辑刘新光
22山西煤炭第26卷
探究急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方法
探究急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方法 摘要】在目前煤层开采的过程之中，还存在着采煤技术以及采煤方法上的问题，尤其是在急倾斜极近距离煤层联合开采的过程之中会存在较多的问题，所以为了 进一步解决这一问题，需要通过理论研究、试验测试以及实际采煤经验来进行探讨，从而提出可行的优化建议，以此推动采煤的技术的有效应用。 【关键词】采煤技术；采煤方法；联合开采 急倾斜极近距离煤层联合开采具有一定程度上的难度，在回采巷道的布置上 会相对困难，并且整体的开采环境以及通风调节都不能够满足其开采要求，所以 要结合煤层开采主要影响因素来进一步分析煤层的层间结构、基本性质、从而决 定开采高度以及采煤方式，这样才能够提升技术应用措施的安全性以及可靠性， 提升煤炭开采的经济效益以及社会效益。 一、急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方法应用现状 从理论等层面上来看，目前的煤层联合开采多基于理论基础所进行应用的采 煤方式，利用煤层之间的压力形式，以及协调采空区压实区之间的内部关系，从 而形成错矩布置的相应形式，才能够满足急倾斜极近距离煤层联合开采采煤工作 的相应需求。但是因为急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方式自身具有相应的难度，所以需要通过大量的计算以及实验去优化采煤方式，克服煤层工作面因为生 产二出现的压力垮落现象，尽可能提升支撑点的支撑力，并且为巷道的维护工作 奠定相应的技术理论基础[1]。 而急倾斜极近距离煤层联合开采采煤技术在应用过程之中还有很大的发展空间，所以技术人员需要在充分明确急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方法应用现 状以及应用过程之中所存在的相应问题，从而合理利用改进方式，加强常规错矩 定值研究，提升煤层工作面的质量，增强整体煤矿开采工作的安全性以及有序性。 二、优化急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方法的具体措施 （一）加强急倾斜极近距离煤层联合开采的理论研究 理论研究是一切技术应用实践的相关基础，所以在优化急倾斜极近距离煤层 联合开采采煤方法的过程之中，需要加强急倾斜极近距离煤层联合开采的理论研究，从本质与核心上来看，目前煤层开采的过程之中，其急倾斜极近距离煤层联 合开采的主要难点都集中在下错距的确定上，所以需要加强理论研究，来确定好 急倾斜极近距离煤层联合开采的相关数据[2]。 可以应用离散元模拟技术来进行联合开采行为的模拟实验，以建立模型的形 式来检测联合开采采煤技术的应用程度。首先从层面的分解上来看，煤层会存在 着多个应力区，所以需要找到下煤层回采工作面、上采空区之间的应力区域，明 确临界点的实际位置；加强对于应力峰值点距离计算，从而得出上煤层的采高、 煤矿整体的粘聚能力、上层岩层在岩体重量平均值、应力集中系数等多个模型建 造基础数据，建立好模型之后才能够进行煤层结构以及实验探究。 （二）急倾斜极近距离煤层联合开采的实验过程 急倾斜极近距离煤层联合开采采煤方式也是需要反复的实验才能够投入应用的，一般而言，目前的急倾斜极近距离煤层联合开采需要结合柔性实验装置，来 进行模拟测试，其中的应用变量一般都是控制在煤层土质、煤层厚度以及煤层结 构分布等数据内容上，利用柔性实验装置顶部的液压装置系统，进行液压处理操作，并且以均匀的分布形式，来提升原型条件的合理状况，才能够提升实验过程
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编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 四台矿极近距离煤层采空 下开采技术 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
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煤峪口矿近距离薄煤层采场顶板跨落机理及支架承载分析 p煤峪口矿14#层408盘区煤层倾角1°～3°，赋存较稳定，煤厚变化大，煤层厚度一般为0.07～4.17米，盘区西翼（盘区上山）开采期间煤厚变化不大，在2米左右。盘区东翼（盘区下山）开采时煤层厚度变薄，最薄处不足1.4米，工作面偶有冲刷、夹石。 从14#层307盘区、410盘区现已掘出巷道揭露的煤层来看，赋存情况不容乐观，煤厚变化大赋存极不稳定，煤层厚度为0.8-2.3，普遍不足1.6米。 408盘区盘区西翼（盘区上山）开采期间，采煤方法为长壁全部冒落法，工作面支护采用ZZS-5600/14/28型液压支架：适应煤厚 1.6-2.6米；工作阻力：28.5MPa（5600KN），支护强度：0.73-0.98MPa，该支架完全能够适应采场支护。盘区东翼（盘区下山）煤层厚度变薄，该支架在采高上已显出不足。为保证14#层的顺利开采，支架重新选型迫在眉睫。 ZYB4400/8.5/18液压支架适应煤厚1-1.6米；支护强度：0.766 MPa；初撑力：31.4MPa（3860KN）；工作阻力：35.7MPa（4400KN）泵站压力：31.4MPa。支护强度是否能够支护采场顶板，是目前薄煤层开采采场支护急需解决的问题。 2 采区围岩状况 煤峪口矿14#层属近距离薄煤层，与11～12#层间距为2.86～10.45米，平均厚度4.39米。层间顶板为灰白色粉砂岩，上覆为11、12#层采空冒落部分。直接底灰色灰褐色粉砂岩，平均厚度1.6米。 3 采场顶板跨落机理及支架承载分析 由已采14#408盘区工作面矿压观测，工作面没有明显周期来压，有瞬时增阻。随工作面推进，直接顶在支架切顶线后1米左右跨落，支架切顶线后最大悬顶长1米左右，上覆为11、12#层采空冒落部分松散岩体随着下落。由于松散岩体高度大，采空区高度小，下落的松散岩体相互挤压，并未按流体沿斜面下滑。 11、12#合并层基本顶为灰白色中砂岩，厚度31.12—32.41米，平均31. 7米，直接顶灰白细粒砂岩细粒砂岩互层，厚度2.52—2.1米，平均2.18米。煤厚7.5-8.8米，平均煤厚8米。上下分层采高均为2.8米，下分层顶煤2.4厚米，顶煤回收率按50%计，则共采出煤厚6.8米；上下分层采出后，直接顶、下位基本顶冒落后填满采空区。 冒落岩石碎胀系数取1.35。设岩层冒落高度h： 6.8+h=1.35h
近距离煤层开采
浅谈马口煤矿极近距离煤层 采空下开采设计 [摘要] 对马口煤矿极近距离煤层采空下开采设计进行分析，并通过生产实践总结出一套可靠的采掘安全保障系统，形成了一套完整的极近距离煤层采空下开采技术，对近距离煤层开采具有指导作用，具有广阔的推广应用前景。 [关键词] 极近距离煤层；采空区下；巷道布置；开采技术。 马口煤矿404盘区13#-1层于2010年底开采结束，为保证盘区正常接替，必须开采404盘区下部13#-2层。404盘区13#-1层与13#-2属极近距离煤层，层间距不稳定。我矿从科学合理的盘区开采设计到首采面13#-2层8402工作面掘进、开采的成功完成，总结出宝贵的理论基础和实践经验，形成一套完整的极近距离煤层采空下开采技术。 1、盘区概况 13#-2层404盘区所处的开采水平为1185水平，上部13#-1层均已回采结束，盘区走向长度1161m，倾斜长度480—615m。煤层厚度 1.8m~3.1m，平均厚度 2.6m，煤层倾角1°—5°，平均3°，13#-1和13#-2煤层层间距1.0m~2.5m，平均2m。 404盘区内地质构造复杂，有陷落柱2个，断层分布较密集。13#-2层顶板为砂岩，层理、节理发育，稳定性差，掘进和回采时顶板不易维护，易发生冒顶事故。
2、开拓方案说明 2.1 盘区巷道布置 13层盘区8402综采工作面顺槽巷道采用内错距布置方式。如图1所示。 2.2上下顺槽内错距的确定 13#-2层受上覆13#-1层采空区及层间距的影响，根据上部采空区塌落稳定后采空区及巷间煤柱的压力传递范围，选择13#-2层工作面与13#-1工作面内错式布置。根据顺槽平巷矿山压力显现规律，13#-2层顺槽在其与13#-1层层间距确定的情况下，应布置于压力的传递影响角以外，压力影响角与煤层倾角、层间岩石性质有关，一般情况下当煤层
煤矿近距离煤层开采顶板控制措施
****8****煤业集团有限公司 近距离煤层开采顶板管理 安全技术措施 二〇二一年一月一日
目录 1 概况 (3) 1.1矿井概况 (3) 1.2位置、范围 (3) 1.3煤层顶底板赋存特征 (3) 1.4地质构造情况 (3) 1.5水文地质情况 (3) 1.6瓦斯、火、煤层情况 (4) 1.7上部煤层开采情况 (4) 2 围岩控制与锚杆支护原理 (4) 2.1下煤层巷道矿压特征 (4) 2.21工作面锚杆支护计算 (6) 3 巷道支护 (8) 3.1顺槽支护方案及参数 (8) 3.2切眼支护方案及参数 (11) 4 安全技术措施 (14)
1 概况 1.1 矿井概况 ****8****煤业集团有限公司位于***** 1.2位置、范围 下层煤第一个工作面为****工作面，现以第一个工作面进行说明。 ****工作面为9号煤首采面，东为一采区3条下山，西为井田边界，上覆****采空工作面，间距为6m左右。该工作面埋深352~394m，长171m，推进长度786m。采煤方法为综采一次采全高。 1.3煤层顶底板赋存特征 9号煤层顶底板岩性综合柱状。煤层位于太原组中段底部，上距8号煤层6.20~7.05m，平均6.54m。煤层厚度4.20m，煤层结构简单，含夹矸1层，为全区稳定可采煤层。煤层顶板岩性为砂质泥岩、粉砂岩、泥岩；底板岩性为砂岩、泥岩。 1.4地质构造情况 ****工作面位于华北板块鄂尔多斯板内拗陷带鄂尔多斯东缘板拗柳林鼻状块凸东部，受区域构造影响，本工作面总体上为一走向北东——南西，倾向北西的单斜构造，在此基础上伴随宽缓的波状褶曲，地层比较平缓，倾角为-5°~+3°。预计本工作面内无褶曲、大断层及陷落柱，无岩浆岩侵入现象。采区地质构造类型属简单类。 1.5水文地质情况 （1）9号煤层顶板上覆第四系和上伏第三系松散岩性孔隙含水层、二叠系****组和上、下统石盒子组砂岩裂隙含水，石碳系上统太原组灰岩含水层，其中第四系和上伏第三系松散岩性孔隙含水层、二叠系****组和上、下统石盒子组砂岩裂隙含水层富水性弱，靠大气降水补给，对巷道掘进影响较小；灰岩含水层岩溶裂隙较发育，富水性中等，预计掘进****回采巷道过程中会有少量顶板淋水。 （2）****回采巷道对应地面位置为山谷，无大的水体，盖山厚度为352~394m左右，煤层上覆砂岩含水层受大气降水补充，对掘进无影响。
四台矿极近距离煤层采空下开采技术
编号：AQ-JS-03603 ( 安全技术) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 四台矿极近距离煤层采空下开 采技术 Mining Technology Under Goaf of extremely close coal seam in Sitai Mine
四台矿极近距离煤层采空下开采技 术 使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。 四台矿404盘区10#层于2001年底开采结束，为保证盘区正常接替，必须开采404盘区下部11#层。404盘区10#层与11#属极近距离煤层，层间距不稳定。我矿从科学合理的盘区开采设计到首采面8423工作面掘进、开采的成功完成，总结出宝贵的理论基础和实践经验，形成一套完整的极近距离煤层采空下开采技术。 1盘区概况 11#层404盘区所处的开采水平为1045水平，上部10#层均已回采结束，盘区走向长度1340m~1770m，倾斜长度1180m。煤层包括11#层和盘区中部1000m段11#层与12-1#层合并层，厚度2.0m~7.4m，平均厚度4.0m，煤层倾角10~60，平均30，煤层与10#层层间距0.4m~1.5m，平均1m。
404盘区内地质构造复杂，有陷落柱4个，断层分布较密集。11#层顶板为粉细砂岩互层、层理、节理、裂隙发育，稳定性差，掘进和回采时顶板不易维护，易发生漏顶事故。 2、开发方案说明 2.1盘区巷道布置 10#层、11#层盘区巷道采用联合布置方式，开采11#层时，利用现有的开采10#层已布置的3条沿南北向布置的盘区巷，平行1045轨道大巷依次布置轨道巷、盘区皮带巷、盘区回风巷。盘区轨道巷、盘区回风巷布置在10#层，盘区皮带巷布置在11#层。顺槽巷倾斜布置，即东西向布置。如图1所示。 2.2上下顺槽内错距的确定 11#层受上覆10#层采空区及层间距的影响，根据上部采空区塌落稳定后采空区及巷间煤柱的压力传递范围，同时结合同煤集团公司王村矿近距离煤层开采经验，选择11#层工作面与10#工作面内错式布置。 根据顺槽平巷矿山压力显现规律，11#层顺槽在其与10#层层间