摘要: 通過對紅旗井中厚煤層炮采放頂煤工作面礦壓觀測分析, 得出“三軟”中厚煤層炮采放頂煤工作面的礦壓顯現(xiàn)特征, 綜合評價其支架的適應性與工作狀態(tài), 為工作面支架選型提供依據(jù), 對同類條件下放頂煤工作面開采具有指導意義.
關(guān) 鍵 詞: “三軟”煤層; 放頂煤; 礦壓顯現(xiàn)特征
中圖分類號: TD 323 文獻標識碼: A 文章編號: 1007O7332 (2005) 04O0275O03
1 工作面概況
12090 工作面位于大峪溝礦務局紅旗井西二采區(qū)東翼下部, 西至西二皮帶運輸下山, 東至西二采區(qū)邊界停采線. 工作面走向平均長420 m , 傾向長100 m.該工作面回采的二1 煤層, 賦存于二疊系山西組下方. 煤層由于受沉積環(huán)境及后期構(gòu)造運動的影響, 厚度不均, 變化較大, 在回采范圍內(nèi)有薄煤帶存在(上副巷在掘40～180 m 段時, 煤層厚度變?yōu)?～1. 6 m ) , 給回采工作帶來一定難度. 煤層傾角為7～14°, 煤層平均厚度為4. 62 m , 煤質(zhì)為無煙煤, 煤質(zhì)松軟、強度極低, 易冒落. 直接頂板為砂巖、泥巖和砂質(zhì)泥巖; 直接底板為砂巖、灰?guī)r; 在直接頂、底板之間, 局部存在偽頂和偽底, 其巖性多為炭質(zhì)泥巖或泥巖, 厚度一般小于0. 5 m .
2 礦壓觀測內(nèi)容及測點布置
礦壓觀測的主要目的是了解大峪溝礦務局“三軟”煤層炮采放頂煤工作面的超前壓力分布規(guī)律及頂板初次來壓步距、周期來壓步距和強度. 主要觀測內(nèi)容有巷道支架壓力、工作面支架壓力. 同時在觀測過程中還要注意采面、支架的宏觀狀態(tài)變化; 觀察頂煤破碎放出情況以及頂煤放出后頂板的運移
3 工作面超前壓力的分布特征
3. 1 觀測數(shù)據(jù)整理
工作面回風巷超前壓力觀測期間, 每天派專人到井下記錄各測站壓力表讀數(shù), 測量工作面至測站的距離, 宏觀觀察機巷、風巷及圍巖的變化狀況, 并測量支架劇烈變形區(qū)至工作面的距離. 經(jīng)過計算處理, 繪制出的風巷支架受力與測點到工作面的距離關(guān)系曲線如圖2 所示.
3. 2 超前壓力分布規(guī)律
由風巷支架受力實測曲線可知, 因工作面采煤而引起的超前壓力影響至工作面前方34 m 處, 即處于工作面前方34 m 以內(nèi)的回采巷道將受到工作面超前壓力的影響. 超前壓力峰值區(qū)在工作面前方9～12 m 處, 該段巷道變形量顯著增加, 頂部荊笆折斷增多, 有時還會出現(xiàn)煤兜, 有碎煤屑落下. 工作面前方34 m 以外的巷道可認為不受超前壓力的影響, 處于應力穩(wěn)定區(qū).由于二1 煤層屬于“三軟”不穩(wěn)定厚煤層, 老頂來壓不明顯, 導致工作面前方集中應力分布范圍擴大, 應力峰值區(qū)距工作面較遠, 應力集中系數(shù)不大, 但巷道圍巖相對移近量較大, 為減少回采巷道圍巖的過度變形與破壞, 充分發(fā)揮支架對圍巖變形的控制作用, 工作面前方21 m 范圍內(nèi)的兩巷要進行超前支護.
4 采煤工作面頂板來壓規(guī)律
4. 1 采煤工作面礦壓觀測數(shù)據(jù)的收集與處理
為了解炮采放頂煤工作面支架載荷及頂板礦壓的分布規(guī)律, 在紅旗井12090 工作面利用減壓式壓力計對工作面支架載荷進行了一個半月的現(xiàn)場觀測, 觀測結(jié)果經(jīng)過計算處理后所得結(jié)果如圖
3 - 圖5 所示.
圖3 是將所測工作面支柱載荷數(shù)據(jù)以觀測循環(huán)為橫坐標, 以時間加權(quán)平均支架載荷作為縱坐標. 由圖3 可看出, 沿工作面推進方向, 頂板有周期性運動現(xiàn)象, 周期來壓步距為19 m. 圖4
是以工作面斜長為橫坐標, 以正常推進時3 個測站所測支柱載荷的平均值為縱坐標. 由圖4 可見, 沿工作面傾斜方向頂煤(板) 運動礦壓顯現(xiàn)有分區(qū)特點, 中間壓力最大, 上部次之, 下部最小.
4. 2 采場礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律
通過對觀測數(shù)據(jù)的分析, 采場礦壓顯現(xiàn)有如下明顯特點:
(1) 總體來說, 支架初撐力及工作阻力均不大.
由于本工作面與π型鋼梁直接接觸的上位頂煤很軟,再加上頂板也很軟, 在支設(shè)支架時初撐力很難提高.平均初撐力為226. 38～227. 36 kN/ 對棚, 為額定工作阻力的15. 4 %～16. 8 % , 工作阻力平均為252. 84～272. 44 kN/ 對棚, 為額定工作阻力的17. 2 %～18. 5 % , 來壓時最大工作阻力為372. 4 kN/ 對棚,占額定工作阻力的23. 3 % , 平均支護強度為102. 3～144. 5 kN/ m2 . 造成這種現(xiàn)象的原因主要是底板和頂煤太軟, 單體柱插底嚴重(有的支柱插底達到
700 mm 以上) , 有時鋼梁還鉆頂. 較低的支護體剛度, 限制了支架能力的發(fā)揮.
(2) 在工作面連續(xù)推進過程中支架載荷變化不
劇烈、礦壓顯現(xiàn)較緩和、周期來壓不明顯(與分層開采相比變化不明顯) , 表明采場上覆巖層運動不劇烈.
(3) 老頂初次來壓步距為19 m 左右, 來壓期間支架插底量普遍增加, 最深達到95 cm ; 煤壁片
幫嚴重, 最深達到0. 5 m ; 護頂桿折斷增多, 超前替棚礦壓顯現(xiàn)明顯.
(4) 頂板周期來壓步距一般為6～12 m , 平均為9 m. 來壓時, 支架峰值載荷與平均載荷比值一般為1. 1～1. 3 .
(5) 工作面上、中、下3 處工作面支架阻力基本相同. 這主要是由于頂煤松碎, 頂板極易垮落,兩巷放煤后, 上下隅角處基本不出現(xiàn)三角弧形懸頂. 整個采場頂板垮落均勻, 采空區(qū)充填效果較好.
(6) 頂板壓力放煤前較放煤后小, 放煤前平均為237. 16 kN/ 對棚, 放煤后平均為268. 52 kN/ 對棚. 這主要是因為放煤前采空區(qū)被垮落的頂板和頂煤充填較實, 在采場形成了一個由底板、支架、垮落物、頂煤組成的平衡體系, 在這一體系中, 支架主要起支撐上位頂煤和下位頂板的作用. 放煤后,架后原先由垮落頂煤充填的空間被放空, 而頂板的完全垮落要滯后, 原先的平衡體系被破壞, 這時的支架不僅要支撐上位頂煤, 還要支撐頂板及附加在上面的壓力, 因此支架受力有一定增加. 但該面頂板較軟, 隨采隨垮, 不會形成大面積懸頂, 垮落時不會對支架造成沖擊危害.
5 結(jié) 論
12090 炮采放頂煤工作面支架載荷偏小, 礦壓顯現(xiàn)不明顯. 這一方面因為該煤層屬于“三軟”煤層, 支柱插底讓壓嚴重, 支架效能未能得到充分發(fā)揮; 另一方面因為該工作面頂板較厚, 隨采隨落,采空區(qū)充填效果較好. 有鑒于此, 應提高采面的支護剛度, 提高支柱的初撐力, 增加支架的穩(wěn)定性.
參考文獻:
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